JP7481738B2 - Platinum-supported molybdenum oxide catalyst and method for producing carbon monoxide and methanol using said catalyst - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 令和1年5月29日タワーホール船堀において開催された公益社団法人石油学会第62回年会で発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act. Presented at the 62nd Annual Meeting of the Japan Petroleum Institute held at Tower Hall Funabori on May 29, 2019.

特許法第30条第2項適用 令和1年9月18日長崎大学において開催された一般社団法人触媒学会第124回触媒討論会で発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Presented at the 124th Catalyst Symposium of the Catalysis Society of Japan held at Nagasaki University on September 18, 2019

本発明は、白金担持モリブデン酸化物触媒、ならびにその存在下で、二酸化炭素を還元して一酸化炭素およびメタノールを製造する方法に関する。 The present invention relates to a platinum-supported molybdenum oxide catalyst and a method for producing carbon monoxide and methanol by reducing carbon dioxide in the presence of the catalyst.

石炭、石油などの化石燃料の消費に伴う大量の二酸化炭素(CO)排出による地球温暖化が年々深刻化している。そこで、地球温暖化の解決に向けて、二酸化炭素の排出抑制および削減に関する研究が世界規模で活発に推進されている。例えば、二酸化炭素を炭素源として触媒技術により一酸化炭素(CO)やメタノール(CHOH)などに変換することができれば、地球温暖化の原因物質である二酸化炭素を基礎化成品として化学的に固定化することが可能になる。 Global warming caused by the large amount of carbon dioxide (CO 2 ) emitted from the consumption of fossil fuels such as coal and oil is becoming more serious year by year. Therefore, research into the control and reduction of carbon dioxide emissions is being actively promoted on a global scale in order to solve global warming. For example, if carbon dioxide can be used as a carbon source and converted into carbon monoxide (CO) or methanol (CH 2 OH) using catalytic technology, it will be possible to chemically fix carbon dioxide, which is a cause of global warming, as a basic chemical product.

一般的に、一酸化炭素やメタノールは、次のような方法により製造されている。例えば、一酸化炭素は天然ガス(LNG)や液化石油ガス(LPG)に含まれるメタン、すなわち化石燃料を原料として、下記式(1)に示す水蒸気改質反応により得られた合成ガスを、精製、分離することで得られる。水蒸気改質反応は、ニッケル(Ni)系の触媒を用いて、高圧下、600℃以上の高温下で行われる。 Carbon monoxide and methanol are generally produced by the following methods. For example, carbon monoxide is obtained by refining and separating the synthesis gas obtained by the steam reforming reaction shown in formula (1) below using methane contained in natural gas (LNG) and liquefied petroleum gas (LPG), i.e., fossil fuel, as the raw material. The steam reforming reaction is carried out under high pressure and at a high temperature of 600°C or higher using a nickel (Ni)-based catalyst.

CH + HO → CO + 3H ;ΔH298 =206kJ/mol (1) CH4 + H2O → CO + 3H2 ; ΔH2980 = 206 kJ /mol (1)

また、一酸化炭素の製造方法としては、下記式(2)に示す逆水性ガスシフト反応による製造方法も挙げられる。吸熱反応であるために、一般に400℃以上の高温が必要となる。 Another method for producing carbon monoxide is the reverse water gas shift reaction shown in formula (2) below. Because this is an endothermic reaction, a high temperature of 400°C or higher is generally required.

CO + H → CO + HO ;ΔH298 =41.2kJ/mol (2) CO 2 + H 2 → CO + H 2 O; ΔH 298 0 = 41.2 kJ / mol (2)

一方、メタノールは、一般的に上記の式(1)に示す水蒸気改質反応で生じたCOとHとを高温(240~300℃)、高圧(50~100atm)で反応させることにより製造されている。 On the other hand, methanol is generally produced by reacting CO, which is generated in the steam reforming reaction shown in the above formula (1), with H2 at high temperature (240 to 300°C) and high pressure (50 to 100 atm).

このように、一般的な一酸化炭素やメタノールの製造方法では、原料として化石燃料が多く用いられており、さらに高温、高圧の条件が必要となる。そのため、近年、さらに温和な条件で、二酸化炭素から一酸化炭素やメタノールへの変換を行うことを目的とした様々な研究が行われている。また、大気中に存在する二酸化炭素や、発電所から大量に排出される二酸化炭素を原料として利用することが検討されている。 As such, typical methods for producing carbon monoxide and methanol use many fossil fuels as raw materials, and require high temperature and pressure conditions. For this reason, in recent years, various research projects have been conducted with the aim of converting carbon dioxide into carbon monoxide and methanol under milder conditions. In addition, the use of carbon dioxide present in the atmosphere and carbon dioxide emitted in large quantities from power plants as raw materials is being considered.

例えば、一酸化炭素の合成方法としては、触媒としてパラジウム担持水素ドープ型タングステン酸化物(Pd/HWO3-x)を用いる方法(非特許文献1)、Pd/HWO3-x表面の一部を銅(Cu)で修飾した触媒を用いる方法(非特許文献2)などが可視光照射下での合成方法として報告されている。 For example, methods for synthesizing carbon monoxide under visible light irradiation have been reported, such as a method using palladium-supported hydrogen-doped tungsten oxide (Pd/H y WO 3-x ) as a catalyst (Non-Patent Document 1) and a method using a catalyst in which a part of the surface of Pd/H y WO 3-x is modified with copper (Cu) (Non-Patent Document 2).

また、二酸化チタン(TiO)上に白金(Pt)とモリブデン酸化物(MoO)を担持した触媒(Pt/MoO/TiO)を用いて、二酸化炭素と水素との混合ガスからメタノールを合成する方法(非特許文献3)、銅/酸化亜鉛(Cu/ZnO)系触媒に種々の元素を添加した触媒を用いて、二酸化炭素と水素との混合ガスからメタノールを合成する方法(特許文献1)などが報告されている。 In addition, a method for synthesizing methanol from a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen using a catalyst (Pt/ MoOx / TiO2 ) in which platinum (Pt) and molybdenum oxide ( MoOx ) are supported on titanium dioxide ( TiO2 ) (Non-Patent Document 3), and a method for synthesizing methanol from a mixed gas of carbon dioxide and hydrogen using a copper/zinc oxide (Cu/ZnO) catalyst with various elements added thereto (Patent Document 1) have been reported.

一方、非特許文献4および特許文献2では、白金が担持されたモリブデン三酸化物(Pt/MoO)を触媒として可視光照射下でスルホキシドの脱酸素反応によりスルフィドを合成する方法が報告されている。 On the other hand, Non-Patent Document 4 and Patent Document 2 report a method for synthesizing sulfide by deoxygenation of sulfoxide under visible light irradiation using platinum-supported molybdenum trioxide (Pt/MoO 3 ) as a catalyst.

ところで、Pt/MoOを高温で水素還元処理すると表面プラズモン共鳴を発現し、紫外光域から赤外光域にかけた光吸収を示すようになる(非特許文献5)。 Incidentally, when Pt/MoO 3 is subjected to hydrogen reduction treatment at high temperature, surface plasmon resonance occurs and the material exhibits light absorption from the ultraviolet to infrared regions (Non-Patent Document 5).

特開2014-057925号公報JP 2014-057925 A 特開2018-076261号公報JP 2018-076261 A

Li et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 5610-5615Li et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 5610-5615 Li et al., J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 14991-14996Li et al., J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 14991-14996 Toyao et al., ACS Catal., 2019, 9, 8187-8196Toyao et al., ACS Catal., 2019, 9, 8187-8196 Kuwahara et al., J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 9203-9210Kuwahara et al., J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 9203-9210 Cheng et al., J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9316-9324Cheng et al., J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9316-9324

以上のように、二酸化炭素の還元反応により一酸化炭素またはメタノールを製造することが検討されているが、二酸化炭素の還元反応を十分に温和な条件で効率的に進行させる活性の高い触媒は現在のところ報告されていない。 As described above, the production of carbon monoxide or methanol by the reduction reaction of carbon dioxide has been investigated, but no highly active catalyst that can efficiently carry out the reduction reaction of carbon dioxide under sufficiently mild conditions has been reported so far.

本発明の一側面は、モリブデン三酸化物を含むMo酸化物と、前記Mo酸化物に担持された白金粒子と、を具備し、二酸化炭素の還元により一酸化炭素およびメタノールの少なくとも一方を生成させる反応を促進する、白金担持Mo酸化物触媒に関する。 One aspect of the present invention relates to a platinum-supported Mo oxide catalyst that comprises a Mo oxide containing molybdenum trioxide and platinum particles supported on the Mo oxide, and promotes a reaction that produces at least one of carbon monoxide and methanol by reduction of carbon dioxide.

本発明の他の側面は、前記白金担持Mo酸化物触媒および水素の存在下で、二酸化炭素の脱酸素反応を行い、一酸化炭素およびメタノールの少なくとも一方を生成させる工程を有する、一酸化炭素/メタノールの製造方法に関する。 Another aspect of the present invention relates to a method for producing carbon monoxide/methanol, comprising a step of carrying out a deoxygenation reaction of carbon dioxide in the presence of the platinum-supported Mo oxide catalyst and hydrogen to produce at least one of carbon monoxide and methanol.

本発明によれば、温和な条件で効率的に二酸化炭素を還元して一酸化炭素を製造することができる。また、本発明によれば、温和な条件で効率的に二酸化炭素を還元してメタノールを製造することができる。 According to the present invention, carbon dioxide can be efficiently reduced under mild conditions to produce carbon monoxide. Also, according to the present invention, carbon dioxide can be efficiently reduced under mild conditions to produce methanol.

白金担持Mo酸化物触媒の紫外可視近赤外(UV-Vis-NIR)吸収スペクトルである。1 is an ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) absorption spectrum of a platinum-supported Mo oxide catalyst. 白金担持酸化物触媒を昇温還元(H-TPR)して得られたシグナルである。This is a signal obtained by temperature programmed reduction (H 2 -TPR) of a platinum-supported oxide catalyst. 白金担持Mo酸化物触媒のX線回折(XRD)スペクトルである。1 is an X-ray diffraction (XRD) spectrum of a platinum-supported Mo oxide catalyst. 白金担持Mo酸化物触媒のX線光電子分光(XPS)スペクトルである。1 is an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of a platinum-supported Mo oxide catalyst. 白金担持Mo酸化物触媒の透過電子顕微鏡(TEM)写真である。1 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a platinum-supported Mo oxide catalyst. 二酸化炭素の脱酸素反応における生成物の生成量の経時変化を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the change over time in the amount of product produced in the deoxygenation reaction of carbon dioxide. 二酸化炭素の脱酸素反応における生成物の選択率の経時変化を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the change over time in product selectivity in the deoxygenation reaction of carbon dioxide. 白金担持Mo酸化物触媒の水素還元処理温度と、二酸化炭素の転化率および生成物の選択率との関係を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the hydrogen reduction treatment temperature of a platinum-supported Mo oxide catalyst and the carbon dioxide conversion rate and product selectivity. 白金担持Mo酸化物触媒の水素還元処理温度と、水素ドープ量(x)および酸素欠陥量(y)、ならびに生成物の収量との関係を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the hydrogen reduction treatment temperature of a platinum-supported Mo oxide catalyst, the amount of hydrogen doping (x), the amount of oxygen vacancies (y), and the product yield. 可視光照射下と暗所における白金担持Mo酸化物触媒の活性の相違を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the difference in activity of a platinum-supported Mo oxide catalyst under visible light irradiation and in the dark. 金属担持Mo酸化物触媒を用いた可視光照射下での二酸化炭素の脱酸素反応の結果を示す図である。FIG. 1 shows the results of a carbon dioxide deoxygenation reaction using a metal-supported Mo oxide catalyst under visible light irradiation. 白金担持酸化物触媒を用いた可視光照射下での二酸化炭素の脱酸素反応の結果を示す図である。FIG. 1 shows the results of a carbon dioxide deoxygenation reaction using a platinum-supported oxide catalyst under visible light irradiation. 水素還元処理温度による白金担持Mo酸化物触媒の可視光照射下での触媒活性の相違を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the difference in catalytic activity of a platinum-supported Mo oxide catalyst under visible light irradiation depending on the hydrogen reduction treatment temperature. 可視光照射下における、白金担持Mo酸化物触媒の水素還元処理温度と、水素ドープ量(x)および酸素欠陥量(y)、ならびに一酸化炭素生成量との関係を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the hydrogen reduction treatment temperature of a platinum-supported Mo oxide catalyst and the amount of hydrogen doping (x), the amount of oxygen vacancies (y), and the amount of carbon monoxide produced under visible light irradiation. 発光ダイオード(LED)による光照射下での二酸化炭素の脱酸素反応の結果を示す図である。FIG. 1 shows the results of a carbon dioxide deoxygenation reaction under light irradiation by a light-emitting diode (LED). 白金担持Mo酸化物触媒のUV-Vis-NIR吸収スペクトルと、LEDの波長との比較を示す図である。FIG. 1 shows a comparison of the UV-Vis-NIR absorption spectrum of a platinum-supported Mo oxide catalyst with the wavelength of an LED.

[白金担持Mo酸化物触媒]
本発明の実施形態に係る白金担持Mo酸化物触媒は、モリブデン三酸化物(MoO)を含むMo酸化物と、Mo酸化物に担持された白金(Pt)粒子とを具備する。白金担持Mo酸化物触媒は、二酸化炭素の還元により一酸化炭素およびメタノールの少なくとも一方を生成させる反応を促進する。水素の存在下では、二酸化炭素の脱酸素反応により高い収率でメタノールが生成する。
[Platinum-supported Mo oxide catalyst]
The platinum-supported Mo oxide catalyst according to the embodiment of the present invention comprises Mo oxide containing molybdenum trioxide (MoO 3 ) and platinum (Pt) particles supported on the Mo oxide. The platinum-supported Mo oxide catalyst promotes a reaction of producing at least one of carbon monoxide and methanol by reduction of carbon dioxide. In the presence of hydrogen, methanol is produced at a high yield by the deoxygenation reaction of carbon dioxide.

白金担持Mo酸化物触媒中のMoOは、酸素欠陥を有してもよい。酸素欠陥は、二酸化炭素の脱酸素反応の活性点となり得る。酸素欠陥は、Pt粒子が担持されたモリブデン三酸化物(Pt/MoO)を適切な条件で水素還元処理すると生成する。Pt粒子上で開裂してPtに吸着した水素原子がMoO中にスピルオーバーし、水素原子とMoO中の酸素原子とが結合することにより生成したHOが脱離する。このときに、MoOに形成される酸素欠陥と、MoOに導入される水素原子と電子とを還元処理条件により制御することで、より高活性な白金担持Mo酸化物触媒が得られる。 MoO 3 in the platinum-supported Mo oxide catalyst may have oxygen defects. The oxygen defects can be active sites for the deoxidation reaction of carbon dioxide. The oxygen defects are generated when molybdenum trioxide (Pt/MoO 3 ) carrying Pt particles is subjected to hydrogen reduction treatment under appropriate conditions. Hydrogen atoms cleaved on the Pt particles and adsorbed on Pt spill over into MoO 3 , and H 2 O generated by bonding with oxygen atoms in MoO 3 is released. At this time, the oxygen defects formed in MoO 3 and the hydrogen atoms and electrons introduced into MoO 3 are controlled by the reduction treatment conditions to obtain a more active platinum-supported Mo oxide catalyst.

白金担持Mo酸化物触媒のMoOに酸素欠陥が導入されていることは、X線回折(XRD)、X線光電子分光法(XPS)、ラマン分光などにより確認することができる。白金担持Mo酸化物触媒は、室温付近で水素還元処理を施した場合にはMoOの斜方晶系結晶に近い構造を示す。還元温度が上がるにつれて、一般式:HMoO3-yで表されるアモルファス構造をとるようになる。還元温度が300℃以上になると、二酸化モリブデン(MoO)の単斜晶系結晶に近い構造をとる。すなわち、白金担持Mo酸化物触媒に含まれるMo酸化物は、水素還元処理の条件により、MoOの他に、MoO、HMoO3-yなどを含む。 The introduction of oxygen defects into MoO3 of the platinum-supported Mo oxide catalyst can be confirmed by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, etc. When the platinum-supported Mo oxide catalyst is subjected to hydrogen reduction treatment at around room temperature, it shows a structure close to the orthorhombic crystal of MoO3 . As the reduction temperature increases, it takes on an amorphous structure represented by the general formula: HxMoO3 -y . When the reduction temperature is 300°C or higher, it takes on a structure close to the monoclinic crystal of molybdenum dioxide ( MoO2 ). That is, the Mo oxide contained in the platinum-supported Mo oxide catalyst contains MoO2 , HxMoO3 -y, etc. in addition to MoO3 , depending on the conditions of the hydrogen reduction treatment.

Ptは、例えば、銅(Cu)やニッケル(Ni)のような金属に比べて水素を開裂する能力が高い。よって、室温付近から200℃程度の比較的低温での水素還元処理によっても水素を開裂し、MoOへの酸素欠陥導入を可能にする。 Pt has a higher ability to split hydrogen than metals such as copper (Cu) and nickel (Ni). Therefore, Pt can split hydrogen even by hydrogen reduction treatment at relatively low temperatures from around room temperature to about 200 °C, making it possible to introduce oxygen vacancies into MoO3 .

白金担持Mo酸化物触媒および水素の存在下で二酸化炭素の脱酸素反応を行うとき、Mo酸化物はHMoO3-yで表され、かつアモルファス構造を有することが好ましい。このような触媒を用いることで、二酸化炭素の転化率と、生成する一酸化炭素およびメタノールの選択性が高くなる。 When carbon dioxide deoxygenation is carried out in the presence of a platinum-supported Mo oxide catalyst and hydrogen, the Mo oxide is preferably represented by HxMoO3 -y and has an amorphous structure. By using such a catalyst, the conversion rate of carbon dioxide and the selectivity to the produced carbon monoxide and methanol are increased.

Mo酸化物をHMoO3-yで表すとき、xはPt粒子によって開裂し、Mo酸化物に吸着もしくは吸収された水素ドープ量を表す。また、yは導入された酸素欠陥量を表す。ここで、水素ドープ量(x)および酸素欠陥量(y)は、熱重量測定(Thermo Gravimetry:TG)により求められる値である。空気中および窒素ガス中において温度を変化させたときの白金担持Mo酸化物触媒の質量変化を測定した値を基に、次の式(3)および式(4)からxとyの値を求めることができる。 When Mo oxide is represented by HxMoO3 -y , x represents the amount of hydrogen doped that is cleaved by Pt particles and adsorbed or absorbed by Mo oxide. Also, y represents the amount of oxygen vacancies introduced. Here, the amount of hydrogen doped (x) and the amount of oxygen vacancies (y) are values obtained by thermogravimetry (TG). Based on the values measured for the mass change of the platinum-supported Mo oxide catalyst when the temperature is changed in air and nitrogen gas, the values of x and y can be obtained from the following formulas (3) and (4).

(空気中での測定)
MoO3-y + O2(air) → MoO + 1/2xHO (3)
(Measured in air)
HxMoO3 -y + O2 (air)MoO3 + 1/ 2xH2O (3)

(窒素中での測定)
MoO3-y → MoO3-y-x/2 + 1/2xHO (4)
(Measured in nitrogen)
HxMoO3 -y → MoO3 -y-x/2 + 1/ 2xH2O (4)

水素還元温度の上昇とともに、水素ドープ量(x)は減少し、酸素欠陥量(y)は増加する。白金担持Mo酸化物触媒内に酸素欠陥が適度に導入され、二酸化炭素の脱酸素反応において生成する一酸化炭素およびメタノールの収率が高くなる点で、水素ドープ量(x)および酸素欠陥量(y)は、0<x<2.0、かつ0.1≦y<1を満たすことが好ましい。また、yは0.1以上、0.9以下であることがより好ましい。特に触媒活性が高くなることから、yは0.2以上、0.8以下であることがさらに好ましい。 As the hydrogen reduction temperature increases, the hydrogen doping amount (x) decreases and the amount of oxygen defects (y) increases. In order to introduce an appropriate amount of oxygen defects into the platinum-supported Mo oxide catalyst and increase the yield of carbon monoxide and methanol produced in the carbon dioxide deoxygenation reaction, it is preferable that the hydrogen doping amount (x) and the amount of oxygen defects (y) satisfy the conditions 0<x<2.0 and 0.1≦y<1. It is more preferable that y is 0.1 or more and 0.9 or less. In particular, since the catalytic activity becomes high, it is even more preferable that y is 0.2 or more and 0.8 or less.

好ましい水素ドープ量(x)および酸素欠陥量(y)を得るために、Mo酸化物に担持されたPt粒子の質量は、Mo酸化物の質量の0.1%以上、5%以下であることが好ましく、1%以上、4%以下であることがより好ましい。 To obtain a preferred amount of hydrogen doping (x) and oxygen vacancies (y), the mass of the Pt particles supported on the Mo oxide is preferably 0.1% or more and 5% or less of the mass of the Mo oxide, and more preferably 1% or more and 4% or less.

白金担持Mo酸化物触媒のPt粒子には、Pt以外の金属元素M1を含有させてもよい。すなわち、白金粒子は白金を主成分とする合金粒子であってもよい。主成分とは合金の50質量%を超える成分をいう。M1としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、金(Au)、ルテニウム(Ru)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、インジウム(In)などが挙げられる。なかでも、Pt粒子がPtのみからなる場合と同等以上の高い触媒活性が維持されることから、Cuが好ましい。M1は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The Pt particles of the platinum-supported Mo oxide catalyst may contain a metal element M1 other than Pt. That is, the platinum particles may be alloy particles whose main component is platinum. The main component refers to a component that is more than 50 mass% of the alloy. Examples of M1 include copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), gold (Au), ruthenium (Ru), palladium (Pd), silver (Ag), and indium (In). Among these, Cu is preferred because it maintains high catalytic activity equal to or higher than that when the Pt particles are made of only Pt. M1 may be used alone or in combination of two or more types.

また、担体となるMo酸化物は、Mo以外の金属元素M2を含んでもよい。M2としては、例えば、タングステン(W)、ルビジウム(Rb)、セリウム(Ce)、セシウム(Cs)、バナジウム(V)、レニウム(Re)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)などが挙げられる。なかでも、Mo酸化物が金属元素としてMoのみを含む場合と同等以上の高い触媒活性が維持されることから、W、VおよびCrが好ましい。M2は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The Mo oxide serving as the carrier may also contain a metal element M2 other than Mo. Examples of M2 include tungsten (W), rubidium (Rb), cerium (Ce), cesium (Cs), vanadium (V), rhenium (Re), chromium (Cr), and tantalum (Ta). Among these, W, V, and Cr are preferred because they maintain catalytic activity equal to or higher than that of a Mo oxide containing only Mo as a metal element. M2 may be used alone or in combination of two or more types.

白金担持Mo酸化物触媒は、酸化チタンを含まないことが望ましい。酸化チタンによって、白金担持Mo酸化物触媒の二酸化炭素の還元反応(すなわち一酸化炭素および/またはメタノールの生成反応)に対する活性が低下することがある。 It is preferable that the platinum-supported Mo oxide catalyst does not contain titanium oxide. Titanium oxide can reduce the activity of the platinum-supported Mo oxide catalyst in the reduction reaction of carbon dioxide (i.e., the production reaction of carbon monoxide and/or methanol).

[表面プラズモン共鳴]
MoOに酸素欠陥を導入すると、酸化物中の電子密度が増大し、バンド構造の変化に伴って、表面プラズモン共鳴が発現し得る。表面プラズモン共鳴が発現していることは、例えば、紫外可視近赤外(Ultra Violet-Visible-Near InfraRed:UV-Vis-NIR)吸収スペクトルなどにより確認することができる。室温付近から300℃までの温度で水素還元処理して酸素欠陥を導入した白金担持Mo酸化物触媒は、紫外領域から赤外領域にかけて光吸収を示すことがあり、特に500nm~600nmにかけて表面プラズモン共鳴に由来する強い光吸収を示すことがある。これは、可視光の照射下で、白金担持Mo酸化物触媒中のMo酸化物の表面プラズモン共鳴が誘起されることを意味している。300℃を超える高温で水素還元処理を施すと、白金担持Mo酸化物触媒はMoOの単斜晶系結晶に近い構造をとるため、表面プラズモン共鳴を発現しにくくなる。したがって、白金担持Mo酸化物触媒は、表面プラズモン共鳴を発現し得る状態において特に高活性である。
[Surface Plasmon Resonance]
When oxygen defects are introduced into MoO 3 , the electron density in the oxide increases, and surface plasmon resonance may occur with a change in the band structure. The occurrence of surface plasmon resonance can be confirmed, for example, by ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) absorption spectroscopy. A platinum-supported Mo oxide catalyst in which oxygen defects have been introduced by hydrogen reduction treatment at temperatures from around room temperature to 300 ° C. may exhibit light absorption from the ultraviolet region to the infrared region, and may exhibit strong light absorption due to surface plasmon resonance, particularly from 500 nm to 600 nm. This means that surface plasmon resonance of the Mo oxide in the platinum-supported Mo oxide catalyst is induced under irradiation of visible light. When hydrogen reduction treatment is performed at a high temperature exceeding 300 ° C, the platinum-supported Mo oxide catalyst takes a structure close to the monoclinic crystal of MoO 2 , making it difficult to exhibit surface plasmon resonance. Therefore, the platinum-supported Mo oxide catalyst is particularly highly active in a state where surface plasmon resonance can be exhibited.

白金担持Mo酸化物触媒が、Mo酸化物以外の担体、例えば酸化チタンを含むとき、Mo酸化物が酸化チタン上に高分散することにより、表面プラズモン共鳴が発現しにくくなる場合がある。したがって、白金担持Mo酸化物触媒は、酸化チタンなどを含まないことが好ましい。 When the platinum-supported Mo oxide catalyst contains a carrier other than Mo oxide, such as titanium oxide, the Mo oxide may be highly dispersed on the titanium oxide, making it difficult to exhibit surface plasmon resonance. Therefore, it is preferable that the platinum-supported Mo oxide catalyst does not contain titanium oxide or the like.

[二酸化炭素の脱酸素反応]
白金担持Mo酸化物触媒の存在下で、二酸化炭素の脱酸素反応によって一酸化炭素およびメタノールの少なくとも一方が生成する反応は、次のようなメカニズムによると考えられる。白金担持Mo酸化物触媒に二酸化炭素を接触させると、二酸化炭素の一方の酸素原子がMoOの酸素欠陥に吸着し、配位する。これにより二酸化炭素の脱酸素反応が起こり、一酸化炭素が生成する。二酸化炭素の分圧が高圧の条件下では、さらに一酸化炭素がPt粒子上に移動し、Pt粒子上で開裂して生成した水素原子が一酸化炭素に逐次的に付加することでメタノールが生成する。すなわち、メタノールは一酸化炭素を中間物質として生成する。また、反応系内の水素が酸素欠陥を失った白金担持Mo酸化物触媒のPt粒子上で開裂すると、生成した水素原子はMoO中にスピルオーバーし、MoO中の酸素原子とHOを生成して脱離する。この反応により、再びMoOに酸素欠陥が導入され、白金担持Mo酸化物触媒の高活性が再現される。
[Carbon dioxide deoxygenation reaction]
The reaction in which at least one of carbon monoxide and methanol is produced by the deoxidation reaction of carbon dioxide in the presence of a platinum-supported Mo oxide catalyst is believed to be due to the following mechanism. When carbon dioxide is brought into contact with a platinum-supported Mo oxide catalyst, one of the oxygen atoms of carbon dioxide is adsorbed and coordinated to the oxygen vacancies of MoO 3. This causes a deoxidation reaction of carbon dioxide to produce carbon monoxide. Under conditions of high partial pressure of carbon dioxide, carbon monoxide further moves onto the Pt particles, and the hydrogen atoms produced by cleavage on the Pt particles are successively added to the carbon monoxide to produce methanol. That is, methanol is produced using carbon monoxide as an intermediate. In addition, when hydrogen in the reaction system is cleaved on the Pt particles of the platinum-supported Mo oxide catalyst that has lost the oxygen vacancies, the produced hydrogen atoms spill over into MoO 3 , producing oxygen atoms in MoO 3 and H 2 O, which are then released. This reaction introduces oxygen vacancies into MoO 3 again, and the high activity of the platinum-supported Mo oxide catalyst is reproduced.

以下、本発明の実施形態に係る白金担持Mo酸化物触媒および一酸化炭素/メタノールの製造方法に関し、より詳細に説明する。 The following provides a more detailed explanation of the platinum-supported Mo oxide catalyst and carbon monoxide/methanol production method according to an embodiment of the present invention.

[白金担持Mo酸化物触媒の調製]
白金担持Mo酸化物触媒は、担体となるMoOの表面にPt粒子を固定化することによって得られる。
MoOの調製方法は、特に限定されず、例えば、七モリブデン酸六アンモニウム(AHM)を、大気雰囲気下で焼成した後、粉砕することによって調製することができる。焼成条件は特に限定されないが、焼成を十分に行うためには、焼成温度を400℃~600℃、焼成時間を1時間以上とすることが好ましい。
[Preparation of platinum-supported Mo oxide catalyst]
The platinum-supported Mo oxide catalyst is obtained by fixing Pt particles on the surface of MoO3 , which serves as a carrier.
The method for preparing MoO3 is not particularly limited, and for example, it can be prepared by calcining hexaammonium heptamolybdate (AHM) in an air atmosphere and then pulverizing it. The calcination conditions are not particularly limited, but in order to perform the calcination sufficiently, it is preferable to set the calcination temperature to 400°C to 600°C and the calcination time to 1 hour or more.

MoOの表面にPt粒子を固定化する方法は、特に限定されない。例えば、水中にMoOを分散させ、白金前駆体を溶解させた水溶液および還元剤を加えた後、攪拌することにより固定化することができる。その後、濾過または遠心分離し、水で洗浄後、真空乾燥することによって白金担持Mo酸化物触媒が得られる。 The method for immobilizing Pt particles on the surface of MoO3 is not particularly limited. For example, MoO3 can be dispersed in water, an aqueous solution in which a platinum precursor is dissolved and a reducing agent are added, and then the mixture is stirred to immobilize the Pt particles. The mixture is then filtered or centrifuged, washed with water, and vacuum dried to obtain a platinum-supported Mo oxide catalyst.

Pt粒子の質量は、Mo酸化物の質量の0.1%以上、5%以下であることが好ましく、1%以上、4%以下であることがより好ましい。このとき、Pt/MoOは高い触媒活性を示す。Pt粒子の平均粒子径は、1nm~10nmであることが好ましい。Pt粒子の平均粒子径は、例えばPt粒子10個を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察して最大径を平均化することによって求めることができる。平均粒子径を前記範囲内とすることにより、Pt粒子表面で開裂した水素原子が担体であるMoOにスピルオーバーしやすくなり、触媒活性が向上する。また、Pt粒子の凝集による反応面積の低下も抑制される。 The mass of the Pt particles is preferably 0.1% or more and 5% or less, more preferably 1% or more and 4% or less, of the mass of the Mo oxide. At this time, Pt/MoO 3 shows high catalytic activity. The average particle diameter of the Pt particles is preferably 1 nm to 10 nm. The average particle diameter of the Pt particles can be obtained, for example, by observing 10 Pt particles with a transmission electron microscope (TEM) and averaging the maximum diameters. By setting the average particle diameter within the above range, hydrogen atoms cleaved on the Pt particle surface are more likely to spill over to the carrier MoO 3 , improving the catalytic activity. In addition, the decrease in the reaction area due to the aggregation of Pt particles is also suppressed.

MoOの水中への分散量は、水1000gに対して1g~50gとすることが、反応効率の点から好ましい。MoO粒子が水中に分散しやすく、Pt粒子が凝集しにくくなる。 From the viewpoint of reaction efficiency, it is preferable that the amount of MoO3 dispersed in water is 1 g to 50 g per 1000 g of water. The MoO3 particles are easily dispersed in water, and the Pt particles are less likely to aggregate.

白金前駆体としては、塩化白金(II)(PtCl)、塩化白金(IV)(PtCl・5HO)、塩化白金(IV)酸六水和物(HPtCl・6HO)、テトラクロロ白金(II)酸カリウム(KPtCl)、ヘキサクロロ白金(IV)酸カリウム(KPtCl)、テトラクロロ白金(II)酸ナトリウム(NaPtCl)、ヘキサクロロ白金(IV)酸ナトリウム(NaPtCl)、テトラクロロ白金(II)酸アンモニウム((NHPtCl)、ヘキサクロロ白金(IV)酸アンモニウム((NHPtCl)、ビス(アセチルアセトナト)白金(II)、硝酸テトラアンミン白金(II)、塩化テトラアンミン白金(II)などが用いられる。なかでも、白金前駆体水溶液へのMoOの溶解が抑制される点で、テトラクロロ白金(II)酸カリウム、テトラクロロ白金(II)酸ナトリウムおよびテトラクロロ白金(II)酸アンモニウムが好ましい。 Examples of platinum precursors that can be used include platinum chloride (II) (PtCl 2 ), platinum chloride (IV) (PtCl 4.5H 2 O), chloroplatinic (IV) acid hexahydrate (H 2 PtCl 6.6H 2 O), potassium tetrachloroplatinate (II) (K 2 PtCl 4 ), potassium hexachloroplatinate (IV) (K 2 PtCl 6 ), sodium tetrachloroplatinate (II) (Na 2 PtCl 4 ), sodium hexachloroplatinate (IV) (Na 2 PtCl 6 ), ammonium tetrachloroplatinate (II) ((NH 4 ) 2 PtCl 4 ), ammonium hexachloroplatinate (IV) ((NH 4 ) 2 PtCl 6 ), bis(acetylacetonato)platinum (II), tetraammineplatinum (II) nitrate, and tetraammineplatinum (II) chloride. Among these, potassium tetrachloroplatinate(II), sodium tetrachloroplatinate(II) and ammonium tetrachloroplatinate(II) are preferred in that they suppress the dissolution of MoO3 in the platinum precursor aqueous solution.

白金前駆体の水溶液中における濃度は、MoOの分散量から適宜設定することができる。MoOの表面に固定化されるPt粒子の粒子径をより小さくするためには、白金前駆体の濃度を、0.1mmol/L~100mmol/Lとすることが好ましい。MoO表面に十分な量のPt粒子が固定化される点で、1gのMoOに対する白金前駆体の量は、5μmol~250μmol、より好ましくは100μmol~200μmolである。 The concentration of the platinum precursor in the aqueous solution can be appropriately set based on the amount of dispersed MoO 3. In order to further reduce the particle size of the Pt particles fixed on the surface of MoO 3 , the concentration of the platinum precursor is preferably 0.1 mmol/L to 100 mmol/L. In order to fix a sufficient amount of Pt particles on the surface of MoO 3 , the amount of the platinum precursor per 1 g of MoO 3 is 5 μmol to 250 μmol, more preferably 100 μmol to 200 μmol.

還元剤は、白金前駆体水溶液に含まれるPtイオンを還元し、MoO上にPt粒子を固定化する働きを有している。このような還元剤としては、尿素、アンモニア、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)、水素化ホウ素カリウム(KBH)、アンモニアボラン(NHBH)、ヒドラジン(N)、ギ酸ナトリウム(HCOONa)、アスコルビン酸(C)などの化学還元剤が挙げられる。なかでも、MoO上に固定化したPt粒子をより小さくできる点で、尿素が好ましい。還元剤の量は、特に限定されず、MoOの分散量、白金前駆体水溶液の濃度、用いる還元剤の種類などにより適宜決定することができるが、1molの白金に対して、1mol~100molであればよい。 The reducing agent has the function of reducing Pt ions contained in the platinum precursor aqueous solution and immobilizing Pt particles on MoO 3. Examples of such reducing agents include chemical reducing agents such as urea, ammonia, sodium borohydride (NaBH 4 ), potassium borohydride (KBH 4 ), ammonia borane (NH 3 BH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), sodium formate (HCOONa), and ascorbic acid (C 6 H 8 O 6 ). Among them, urea is preferred because it can make the Pt particles immobilized on MoO 3 smaller. The amount of the reducing agent is not particularly limited and can be appropriately determined depending on the amount of dispersion of MoO 3 , the concentration of the platinum precursor aqueous solution, the type of reducing agent used, etc., but it is sufficient that it is 1 mol to 100 mol per 1 mol of platinum.

白金前駆体の水溶液および還元剤を加えた後の撹拌時の温度は、特に制限されないが、室温~100℃であることが好ましく、反応効率の点から60℃~100℃であることが、さらに好ましい。撹拌時間は、撹拌時の温度によって設定すればよいが、5分~600分であることが好ましい。 The temperature during stirring after adding the aqueous solution of the platinum precursor and the reducing agent is not particularly limited, but is preferably room temperature to 100°C, and more preferably 60°C to 100°C from the viewpoint of reaction efficiency. The stirring time may be set according to the temperature during stirring, but is preferably 5 minutes to 600 minutes.

白金担持Mo酸化物触媒がPt粒子にPt以外の金属元素M1を含む場合、すなわち、Pt粒子が合金を主成分とする合金粒子である場合には、例えば、最初にMoOの表面に金属元素M1を固定化させたのち、Pt粒子を固定化させることにより調製される。金属元素M1の固定化は、例えば、Pt粒子の固定化と同様に、水中にMoOを分散させ、金属元素M1の前駆体を溶解させた水溶液および還元剤を加えた後、攪拌することによって行われる。濾過し、水で洗浄後、真空乾燥することによって得られる生成物(M1/MoO)に、続いてPt粒子を固定化させればよい。これにより、例えば、PtとCuとの合金粒子を担持させたPtCu/MoOなどが得られる。金属元素M1を2種以上含ませる場合には、同様に、金属元素M1の前駆体を用いた金属元素M1の固定化を2回以上繰り返せばよい。 When the platinum-supported Mo oxide catalyst contains a metal element M1 other than Pt in the Pt particles, that is, when the Pt particles are alloy particles mainly composed of an alloy, for example, the catalyst is prepared by first fixing the metal element M1 on the surface of MoO 3 , and then fixing the Pt particles. The fixation of the metal element M1 is carried out, for example, in the same manner as the fixation of the Pt particles, by dispersing MoO 3 in water, adding an aqueous solution in which the precursor of the metal element M1 is dissolved and a reducing agent, and then stirring. The product (M1/MoO 3 ) obtained by filtering, washing with water, and vacuum drying may then be fixed with Pt particles. This results in, for example, Pt 6 Cu/MoO 3 , which supports alloy particles of Pt and Cu. When two or more kinds of metal elements M1 are contained, the fixation of the metal element M1 using the precursor of the metal element M1 may be repeated two or more times.

金属元素M1の前駆体としては、金属元素M1の各種塩(例えば、塩化物、塩化酸化物、塩化水酸化物、臭化物、臭化酸化物、よう化物、よう化酸化物、硝酸化物、硫酸化物など)、カルボニル化合物、および酸化物などが用いられる。
合金中の金属元素M1の含有量は、金属としてPtのみを担持させた場合と同等以上の高い触媒活性を得るために、50モル%以下であることが好ましい。
As the precursor of the metal element M1, various salts of the metal element M1 (e.g., chloride, chloride oxide, chloride hydroxide, bromide, bromide oxide, iodide, iodide oxide, nitrate, sulfate, etc.), carbonyl compounds, oxides, etc. may be used.
The content of the metal element M1 in the alloy is preferably 50 mol % or less in order to obtain a high catalytic activity equal to or higher than that in the case where only Pt is supported as the metal.

また、白金担持Mo酸化物触媒の担体となるMo酸化物がMo以外の金属元素M2を含む場合には、最初にMoと金属元素M2とを含む酸化物を調製し、その後、得られる酸化物の表面にPt粒子を固定化させる。Moと金属元素M2とを含む酸化物は、例えば、MoOの調製方法と同様の方法で、Moの前駆体と金属元素M2の前駆体とを混合し、大気雰囲気下で焼成した後、粉砕することによって調製することができる。その後、得られた酸化物(例えば一般式:M20.05Mo0.95で表される。)を水中に分散させた後、前記した方法と同様にしてPt粒子を固定化する。これにより、例えば、Pt/W0.05Mo0.95z、Pt/V0.05Mo0.95、Pt/Cr0.05Mo0.95などが得られる。金属元素M2を2種以上含ませる場合には、同様に、酸化物を調製するときに、Moの前駆体とともに2種以上の金属元素M2の前駆体を混合してから焼成すればよい。 In addition, when the Mo oxide that is the carrier of the platinum-supported Mo oxide catalyst contains a metal element M2 other than Mo, an oxide containing Mo and a metal element M2 is first prepared, and then Pt particles are fixed on the surface of the obtained oxide. The oxide containing Mo and a metal element M2 can be prepared, for example, by mixing a precursor of Mo and a precursor of a metal element M2 in the same manner as the preparation method of MoO3 , firing the mixture under an air atmosphere, and then pulverizing the mixture. Then, the obtained oxide (for example, represented by the general formula: M2 0.05 Mo 0.95 Oz ) is dispersed in water, and the Pt particles are fixed in the same manner as described above. This results in, for example, Pt/W 0.05 Mo 0.95 Oz, Pt/V 0.05 Mo 0.95 Oz , Pt/Cr 0.05 Mo 0.95 Oz , etc. being obtained. In the case where two or more kinds of metal elements M2 are contained, similarly, when preparing the oxide, precursors of two or more kinds of metal elements M2 may be mixed with a precursor of Mo and then fired.

Moの前駆体としては、七モリブデン酸六アンモニウム(AHM)などが用いられる。また、金属元素M2の前駆体としては、金属元素M2の各種塩(例えば、塩化物、塩化酸化物、塩化水酸化物、臭化物、臭化酸化物、よう化物、よう化酸化物、硝酸化物、硫酸化物、アンモニウム塩など)、カルボニル化合物、および酸化物などが用いられる。
酸化物中、金属元素M2の含有量は、Moのみを担体に含む場合と同等以上の高い触媒活性を得るために、Moおよび金属元素M2の合計の50モル%以下であることが好ましく、20モル%以下であることがより好ましい。
Hexaammonium heptamolybdate (AHM) is used as a precursor of Mo. In addition, various salts of the metal element M2 (e.g., chlorides, chloride oxides, chloride hydroxides, bromides, bromide oxides, iodides, iodide oxides, nitrates, sulfates, ammonium salts, etc.), carbonyl compounds, oxides, etc. are used as precursors of the metal element M2.
In order to obtain a catalytic activity equal to or higher than that in the case where only Mo is contained in the support, the content of the metal element M2 in the oxide is preferably 50 mol % or less of the total of Mo and the metal element M2, and more preferably 20 mol % or less.

[白金担持Mo酸化物触媒の水素還元処理]
Pt/MoOのMoOが水素還元され得ることは、例えば、昇温還元測定(Temperature Programmed Reduction:H-TPR)などにより確認することができる。すなわち、白金担持Mo酸化物触媒に水素還元処理を施すと、MoOに酸素欠陥が導入される。
[Hydrogen reduction treatment of platinum-supported Mo oxide catalyst]
The fact that MoO3 in Pt/ MoO3 can be reduced by hydrogen can be confirmed, for example, by temperature programmed reduction ( H2 -TPR) etc. That is, when a platinum-supported Mo oxide catalyst is subjected to hydrogen reduction treatment, oxygen defects are introduced into MoO3 .

水素還元処理は、例えば、10kPa~101.3kPaの水素分圧下で行われる。水素ガスは、単独で還元雰囲気に流通させてもよく、不活性ガス(窒素、ヘリウム、アルゴンガスなど)と任意の割合で混合して流通させてもよい。 The hydrogen reduction process is carried out, for example, under a hydrogen partial pressure of 10 kPa to 101.3 kPa. Hydrogen gas may be circulated alone in the reducing atmosphere, or may be mixed with an inert gas (such as nitrogen, helium, or argon gas) in any ratio and circulated.

水素還元処理温度は、室温~300℃の範囲とすることが好ましい。前記範囲の温度で処理された白金担持Mo酸化物触媒は、二酸化炭素の脱反応の触媒として用いたときに高い触媒活性を示す。すなわち、原料となる二酸化炭素の転化率、生成する一酸化炭素およびメタノールの選択率や収率が高くなる。また、前記範囲で水素還元処理された白金担持Mo酸化物触媒は、可視光の照射下で、表面プラズモン共鳴を発現し得る。特に、水素還元処理温度は、200℃~300℃の範囲とすることが好ましい。水素還元処理時間は、処理温度によって適宜決定されるが、0.5時間~48時間であることが好ましく、特に0.5時間~2時間とすることが好ましい。 The hydrogen reduction treatment temperature is preferably in the range of room temperature to 300°C. A platinum-supported Mo oxide catalyst treated at a temperature in this range exhibits high catalytic activity when used as a catalyst for carbon dioxide decomposition. In other words, the conversion rate of the raw material carbon dioxide, and the selectivity and yield of the carbon monoxide and methanol produced are increased. In addition, a platinum-supported Mo oxide catalyst that has been hydrogen-reduced in the above range can exhibit surface plasmon resonance under irradiation with visible light. In particular, the hydrogen reduction treatment temperature is preferably in the range of 200°C to 300°C. The hydrogen reduction treatment time is appropriately determined depending on the treatment temperature, but is preferably 0.5 hours to 48 hours, and particularly preferably 0.5 hours to 2 hours.

[二酸化炭素の脱酸素反応]
本発明の実施形態に係る一酸化炭素/メタノールの製造方法においては、白金担持Mo酸化物触媒と水素との存在下、二酸化炭素の脱酸素反応を行う。
[Carbon dioxide deoxygenation reaction]
In the carbon monoxide/methanol production method according to the embodiment of the present invention, a deoxygenation reaction of carbon dioxide is carried out in the presence of a platinum-supported Mo oxide catalyst and hydrogen.

二酸化炭素の脱酸素反応は、例えば、反応容器に白金担持Mo酸化物触媒を入れ、二酸化炭素ガスと水素ガスとを導入することにより行われる。反応は気相で行ってもよく、液相で行ってもよい。反応容器としては、特に限定されないが、気相反応においては、例えば、閉鎖系ガラス製セルなどが用いられる。また、反応を標準大気圧より高い圧力下で行う場合や、液相反応においては、例えば、閉鎖系ステンレス製耐圧反応容器などが用いられる。 The carbon dioxide deoxidation reaction is carried out, for example, by placing a platinum-supported Mo oxide catalyst in a reaction vessel and introducing carbon dioxide gas and hydrogen gas. The reaction may be carried out in either the gas phase or liquid phase. There are no particular limitations on the reaction vessel, but for example, a closed glass cell is used for the gas phase reaction. Furthermore, when the reaction is carried out under a pressure higher than the standard atmospheric pressure, or for the liquid phase reaction, for example, a closed stainless steel pressure-resistant reaction vessel is used.

液相で反応を行う場合、溶媒としては、1,4-ジオキサン;テトラヒドロフラン;ジメチルエーテル;N,N-ジメチルホルムアミド;アセトニトリル;n-ヘキサン、n-オクタンなどの鎖式炭化水素;シクロヘキサン、シクロオクタンなどの環式炭化水素;ベンゼン、p-キシレンなどの芳香族炭化水素;エタノール、n-ブタノールなどの飽和アルコール;水などが用いられる。また、白金担持Mo酸化物触媒および溶媒の使用量は、白金担持Mo酸化物触媒および溶媒の種類、反応容器の容量、反応条件などにより適宜決定される。溶媒の使用量は溶媒への触媒の分散性の観点から、触媒100mgに対して10mL~200mLとすることが好ましく、特に20mL~50mLとすることが好ましい。 When the reaction is carried out in the liquid phase, the following solvents are used: 1,4-dioxane; tetrahydrofuran; dimethyl ether; N,N-dimethylformamide; acetonitrile; chain hydrocarbons such as n-hexane and n-octane; cyclic hydrocarbons such as cyclohexane and cyclooctane; aromatic hydrocarbons such as benzene and p-xylene; saturated alcohols such as ethanol and n-butanol; water, etc. The amount of platinum-supported Mo oxide catalyst and solvent used is determined appropriately depending on the type of platinum-supported Mo oxide catalyst and solvent, the volume of the reaction vessel, the reaction conditions, etc. From the viewpoint of the dispersibility of the catalyst in the solvent, the amount of solvent used is preferably 10 mL to 200 mL per 100 mg of catalyst, and particularly preferably 20 mL to 50 mL.

反応容器に二酸化炭素ガスと水素ガスとを導入する前に、白金担持Mo酸化物触媒の予備還元を行ってもよい。予備還元は、例えば反応容器に白金担持Mo酸化物触媒を封入し、水素ガス流通下で昇温することにより行われる。予備還元は、例えば、1kPa~2MPaの水素分圧下で行われるが、常圧以下の水素分圧下で行うことが好ましい。水素ガスは、還元雰囲気に単独で流通させてもよく、不活性ガス(窒素、ヘリウム、アルゴンガスなど)と任意の割合で混合して流通させてもよい。流通させる水素の量は、白金担持Mo酸化物触媒の量や水素分圧、使用する反応器の体積などにより適宜決定することができるが、1gの白金担持Mo酸化物触媒を予備還元する場合、10mL/分~1000mL/分とすることが好ましい。予備還元処理温度は、酸素欠陥の導入を目的とした水素還元処理温度以下であればよく、室温~300℃の範囲であることが好ましい。予備還元処理時間は、処理温度によって適宜決定されるが、0.5時間~2時間とすることが好ましい。 Before introducing carbon dioxide gas and hydrogen gas into the reaction vessel, the platinum-supported Mo oxide catalyst may be pre-reduced. The pre-reducing process is carried out, for example, by sealing the platinum-supported Mo oxide catalyst in a reaction vessel and heating it under hydrogen gas flow. The pre-reducing process is carried out, for example, under a hydrogen partial pressure of 1 kPa to 2 MPa, but is preferably carried out under a hydrogen partial pressure of normal pressure or lower. Hydrogen gas may be circulated alone in the reducing atmosphere, or may be mixed with an inert gas (nitrogen, helium, argon gas, etc.) at any ratio and then circulated. The amount of hydrogen to be circulated can be appropriately determined depending on the amount of the platinum-supported Mo oxide catalyst, the hydrogen partial pressure, the volume of the reactor used, etc., but when pre-reducing 1 g of the platinum-supported Mo oxide catalyst, it is preferably 10 mL/min to 1000 mL/min. The pre-reducing process temperature may be equal to or lower than the hydrogen reduction process temperature for the purpose of introducing oxygen defects, and is preferably in the range of room temperature to 300°C. The pre-reducing process time is appropriately determined depending on the process temperature, but is preferably 0.5 hours to 2 hours.

二酸化炭素の脱酸素反応における二酸化炭素ガスおよび水素ガスの導入方法は特に限定されない。例えば、気相反応においては、反応容器に任意の圧力で二酸化炭素ガスおよび水素ガスで流入させればよい。また、反応を加圧下で行う場合や、液相反応においては、二酸化炭素ガスおよび水素ガスを反応容器内に封入もしくは流通させて反応を行えばよい。封入や流通の方法は特に限定されず、任意の圧力で封入すればよい。 There are no particular limitations on the method of introducing carbon dioxide gas and hydrogen gas in the carbon dioxide deoxygenation reaction. For example, in a gas phase reaction, carbon dioxide gas and hydrogen gas may be introduced into the reaction vessel at any pressure. When the reaction is carried out under pressure or in a liquid phase reaction, the reaction may be carried out by sealing or circulating carbon dioxide gas and hydrogen gas in the reaction vessel. There are no particular limitations on the method of sealing or circulating, and the gas may be sealed at any pressure.

一酸化炭素およびメタノールを生成させる工程において、どちらがより選択的に生成するのかは反応条件、反応時間などにより異なる。例えば、加圧条件下では、一旦生成した一酸化炭素が時間経過とともにメタノールに変化していく。しかし、一般的に、二酸化炭素の分圧と、水素の分圧との合計が、例えば0.1MPa以上、2.0MPa以下、好ましくは0.1MPa以上、1.0MPa以下のときには、一酸化炭素が選択的に生成する。0.5MPa以上、200MPa以下、好ましくは1.0MPa以上、200MPa以下のより高圧の条件では、メタノールの選択性が高くなる。
一酸化炭素を選択的に生成させたいときは、二酸化炭素の分圧は、好ましくは0.1MPa以上、2.0MPa以下、より好ましくは0.1MPa以上、1.0MPa以下である。また、メタノールの選択性を高めたいときは、二酸化炭素の分圧は、好ましくは0.5MPa以上、200MPa以下、より好ましくは1.0MPa以上、200MPa以下である。
In the process of producing carbon monoxide and methanol, which one is more selectively produced depends on the reaction conditions, reaction time, etc. For example, under pressurized conditions, carbon monoxide once produced changes into methanol over time. However, in general, when the total of the partial pressure of carbon dioxide and the partial pressure of hydrogen is, for example, 0.1 MPa or more and 2.0 MPa or less, preferably 0.1 MPa or more and 1.0 MPa or less, carbon monoxide is selectively produced. Under higher pressure conditions of 0.5 MPa or more and 200 MPa or less, preferably 1.0 MPa or more and 200 MPa or less, the selectivity of methanol is high.
When it is desired to selectively produce carbon monoxide, the partial pressure of carbon dioxide is preferably 0.1 MPa or more and 2.0 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or more and 1.0 MPa or less. When it is desired to increase the selectivity of methanol, the partial pressure of carbon dioxide is preferably 0.5 MPa or more and 200 MPa or less, more preferably 1.0 MPa or more and 200 MPa or less.

本発明の実施形態に係る一酸化炭素/メタノールの製造方法においては、二酸化炭素の脱酸素反応を300℃以下の雰囲気で行うことが好ましい。より好ましくは250℃以下である。また、反応を促進する観点からは、二酸化炭素の脱酸素反応を150℃以上で行うことが好ましく、200℃以上で行うことがより好ましい。前記温度範囲においては、酸素欠陥を有する白金担持Mo酸化物触媒が脱酸素反応によって酸素欠陥を失ったとしても、反応系中に存在する水素によって再度水素還元され、酸素欠陥を有する活性の高い触媒となり得る。 In the carbon monoxide/methanol production method according to the embodiment of the present invention, it is preferable to carry out the carbon dioxide deoxygenation reaction in an atmosphere of 300°C or less. More preferably, it is 250°C or less. From the viewpoint of promoting the reaction, it is preferable to carry out the carbon dioxide deoxygenation reaction at 150°C or more, and more preferably at 200°C or more. In the above temperature range, even if a platinum-supported Mo oxide catalyst having oxygen vacancies loses oxygen vacancies due to the deoxygenation reaction, it can be reduced again by hydrogen present in the reaction system and become a highly active catalyst having oxygen vacancies.

反応時間は、反応温度、触媒の種類などに応じて適宜調整することができるが、1時間~48時間とすることが好ましい。 The reaction time can be adjusted as appropriate depending on the reaction temperature, type of catalyst, etc., but it is preferable to set it to 1 to 48 hours.

反応終了後、生成物は、例えば、ガス分離膜などを用いて分離すればよい。脱酸素反応の生成物の分析は、例えば、気体生成物はメタナイザー付きガスクロマトグラフ-水素炎イオン化検出器(GC-FID)により行われる。液体生成物は反応溶液に外部標準試薬(例えば、1-ブタノールなど)を加えた後、同様にメタナイザー付きGC-FIDにより分析される。 After the reaction is complete, the products can be separated using, for example, a gas separation membrane. Analysis of the products of the deoxygenation reaction is performed, for example, by using a gas chromatograph-flame ionization detector (GC-FID) with a methanizer for the gaseous products. Liquid products are similarly analyzed by a GC-FID with a methanizer after adding an external standard reagent (for example, 1-butanol) to the reaction solution.

二酸化炭素の脱酸素反応に用いた白金担持Mo酸化物触媒は、反応液から濾過あるいは遠心分離などの方法により回収される。回収された触媒は、洗浄、乾燥させた後、再利用することができる。前記した水素還元処理を行って再度還元させることにより、再び未使用の触媒と同様に高い活性を示すようになる。 The platinum-supported Mo oxide catalyst used in the carbon dioxide deoxygenation reaction is recovered from the reaction solution by filtration or centrifugation. The recovered catalyst can be reused after washing and drying. By reducing it again through the hydrogen reduction treatment described above, it will once again exhibit high activity similar to that of an unused catalyst.

[可視光照射下での反応]
MoOに酸素欠陥を導入すると、白金担持Mo酸化物触媒は、紫外領域から赤外領域にかけて光吸収を示すことがあり、特に500nm~600nmにかけて表面プラズモン共鳴に由来する強い光吸収を示すことがある。このような場合、二酸化炭素の脱酸素反応を、光照射下でより穏やかな条件で効率的に行うことが可能である。
[Reaction under visible light irradiation]
When oxygen vacancies are introduced into MoO3 , the platinum-supported Mo oxide catalyst may exhibit light absorption in the ultraviolet to infrared regions, and may exhibit strong light absorption due to surface plasmon resonance, particularly in the range of 500 nm to 600 nm. In such cases, it is possible to efficiently perform the deoxygenation reaction of carbon dioxide under milder conditions under light irradiation.

光照射下での二酸化炭素の脱酸素反応は、透光性を有する反応容器中、キセノンランプ、水銀ランプ、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)ランプなどの光源を用いて、光を照射しながら行われる。照射する光は、紫外線、可視光線、赤外線のいずれでもよく、波長としては、例えば、200nm~2000nmとすることができる。400nm~1000nmとすることが好ましい。特に、Mo酸化物の表面プラズモン共鳴が誘起される可視光の照射下で脱酸素反応を行うことが好ましい。光の波長は、適当な短波長カットフィルターおよび長波長カットフィルターを用いることで調整することができる。 The deoxygenation reaction of carbon dioxide under light irradiation is carried out in a translucent reaction vessel while irradiating light using a light source such as a xenon lamp, a mercury lamp, or a light-emitting diode (LED) lamp. The irradiated light may be any of ultraviolet light, visible light, and infrared light, and the wavelength may be, for example, 200 nm to 2000 nm. A wavelength of 400 nm to 1000 nm is preferable. In particular, it is preferable to carry out the deoxygenation reaction under irradiation with visible light that induces surface plasmon resonance of Mo oxide. The wavelength of the light can be adjusted by using an appropriate short-wavelength cut filter and a long-wavelength cut filter.

光照射下での二酸化炭素の脱酸素反応においては、暗所での反応に比べて白金担持Mo酸化物触媒の触媒活性が高くなるため、低温、例えば、150℃以下の雰囲気でも反応が進行する。また、触媒活性が高くなるため、反応時間を短くすることもできる。反応温度および反応時間は、照射する光の波長などにより、適宜選択することができる。 In the carbon dioxide deoxygenation reaction under light irradiation, the catalytic activity of the platinum-supported Mo oxide catalyst is higher than in the reaction in the dark, so the reaction proceeds even at low temperatures, for example, at 150°C or lower. In addition, the higher catalytic activity makes it possible to shorten the reaction time. The reaction temperature and reaction time can be appropriately selected depending on factors such as the wavelength of the irradiated light.

このように、本発明の実施形態に係る白金担持Mo酸化物触媒は、光エネルギーを化学エネルギーに変換することが可能な光触媒として機能する。そのため、本発明の実施形態に係る一酸化炭素/メタノールの製造方法においては、光を利用した効率的なメタノールおよび一酸化炭素の製造が可能となる。 In this way, the platinum-supported Mo oxide catalyst according to the embodiment of the present invention functions as a photocatalyst capable of converting light energy into chemical energy. Therefore, the carbon monoxide/methanol production method according to the embodiment of the present invention enables efficient production of methanol and carbon monoxide using light.

以下、実施例および比較例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below based on examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

製造例1~7においては、白金担持Mo酸化物触媒を、製造例8~13においては、モリブデン三酸化物以外の担体を用いた白金担持触媒を、製造例14~15においては、白金以外の担持金属を用いたモリブデン三酸化物触媒を、それぞれ調製した。 In Production Examples 1 to 7, platinum-supported Mo oxide catalysts were prepared, in Production Examples 8 to 13, platinum-supported catalysts using carriers other than molybdenum trioxide were prepared, and in Production Examples 14 to 15, molybdenum trioxide catalysts using carrier metals other than platinum were prepared.

[製造例1]
<Pt/MoOの調製>
七モリブデン酸六アンモニウム(AHM)(和光純薬工業株式会社製)1.25gを、大気雰囲気下、450℃で4時間焼成し、モリブデン三酸化物(MoO)を調製した。
得られたMoO1.0gを水100gに分散させ、テトラクロロ白金(II)酸カリウム(KPtCl)(ナカライテスク株式会社製)水溶液(35mmol/L)4.5mL、尿素0.2gを加え、95℃で6時間攪拌した。攪拌終了後、反応液から遠心分離により生成物を取り出し、水で洗浄した後、真空乾燥させて粉末状のPt/MoO約0.8gを得た。MoOに担持されたPt粒子の質量は、Mo酸化物の質量の1.8%であった。
[Production Example 1]
<Preparation of Pt/ MoO3 >
1.25 g of hexaammonium heptamolybdate (AHM) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was calcined at 450° C. for 4 hours in an air atmosphere to prepare molybdenum trioxide (MoO 3 ).
1.0 g of the obtained MoO3 was dispersed in 100 g of water, and 4.5 mL of an aqueous solution (35 mmol/L) of potassium tetrachloroplatinate ( II ) ( K2PtCl4 ) (manufactured by Nacalai Tesque, Inc.) and 0.2 g of urea were added, followed by stirring for 6 hours at 95°C. After stirring was completed, the product was removed from the reaction solution by centrifugation, washed with water, and then vacuum dried to obtain approximately 0.8 g of powdered Pt/MoO3. The mass of the Pt particles supported on MoO3 was 1.8% of the mass of the Mo oxide.

[製造例2]
<Pt/HMoO3-y(100)の調製>
製造例1で得られたPt/MoOに対して、101.3kPaの水素分圧下、100℃で0.5時間、水素還元処理を行い、Pt/HMoO3-y(100)を調製した。
[Production Example 2]
<Preparation of Pt/ HxMoO3 -y (100)>
The Pt/MoO 3 obtained in Production Example 1 was subjected to hydrogen reduction treatment at 100° C. for 0.5 hours under a hydrogen partial pressure of 101.3 kPa to prepare Pt/H x MoO 3-y (100).

[製造例3]
<Pt/HMoO3-y(200)の調製>
水素還元処理を200℃で行った以外は製造例2と同様にして、Pt/HMoO3-y(200)を調製した。
[Production Example 3]
<Preparation of Pt/ HxMoO3 -y (200)>
Pt/H x MoO 3-y (200) was prepared in the same manner as in Production Example 2, except that the hydrogen reduction treatment was carried out at 200°C.

[製造例4]
<Pt/HMoO3-y(300)の調製>
水素還元処理を300℃で行った以外は製造例2と同様にして、Pt/MoO(300)を調製した。
[Production Example 4]
<Preparation of Pt/ HxMoO3 -y (300)>
Pt/MoO 3 (300) was prepared in the same manner as in Production Example 2, except that the hydrogen reduction treatment was carried out at 300°C.

[製造例5]
<Pt/HMoO3-y(400)の調製>
水素還元処理を400℃で行った以外は製造例2と同様にして、Pt/MoO(400)を調製した。
[Production Example 5]
<Preparation of Pt/ HxMoO3 -y (400)>
Pt/MoO 3 (400) was prepared in the same manner as in Production Example 2, except that the hydrogen reduction treatment was carried out at 400°C.

[製造例6]
<PtCu/HMoO3-y(300)の調製>
製造例1で得られたMoO1.0gを、水100gに分散させ、銅前駆体である硝酸銅(II)三水和物(ナカライテスク株式会社製)水溶液(15.4mmol/L)1.6mL、尿素0.2gを加え、95℃で6時間攪拌した。攪拌終了後、反応液から遠心分離により生成物を取り出し、水で洗浄した後、真空乾燥させて粉末状のCu/MoO約0.9gを調製した。
[Production Example 6]
<Preparation of Pt6Cu / HxMoO3 -y (300)>
1.0 g of MoO3 obtained in Production Example 1 was dispersed in 100 g of water, and 1.6 mL of an aqueous solution (15.4 mmol/L) of copper (II) nitrate trihydrate (manufactured by Nacalai Tesque, Inc.), which is a copper precursor, and 0.2 g of urea were added, followed by stirring for 6 hours at 95° C. After stirring was completed, the product was removed from the reaction solution by centrifugation, washed with water, and then vacuum dried to prepare approximately 0.9 g of powdered Cu/MoO3.

得られたCu/MoO1.0gを、水100gに分散させ、テトラクロロ白金(II)酸カリウム(KPtCl)(ナカライテスク株式会社製)水溶液(35mmol/L)4.5mL、尿素0.2gを加え、95℃で6時間攪拌した。PtとCuとのモル比は、Pt:Cu=6:1であった。攪拌終了後、反応液から遠心分離により生成物を取り出し、水で洗浄した後、真空乾燥させて粉末状のPtCu/MoO約0.8gを得た。
次いで、製造例4と同様にしてPtCu/MoOを水素還元処理し、酸素欠陥が導入されたPtCu/HMoO3-y(300)を調製した。
1.0 g of the obtained Cu/MoO 3 was dispersed in 100 g of water, and 4.5 mL of an aqueous solution (35 mmol/L) of potassium tetrachloroplatinate (II) (K 2 PtCl 4 ) (manufactured by Nacalai Tesque, Inc.) and 0.2 g of urea were added, followed by stirring for 6 hours at 95° C. The molar ratio of Pt to Cu was Pt:Cu=6:1. After stirring was completed, the product was taken out of the reaction solution by centrifugation, washed with water, and then vacuum dried to obtain approximately 0.8 g of powdered Pt 6 Cu/MoO 3 .
Next, Pt 6 Cu/MoO 3 was subjected to hydrogen reduction treatment in the same manner as in Production Example 4 to prepare Pt 6 Cu/H x MoO 3-y (300) having oxygen defects introduced therein.

[製造例7]
<Pt/W0.05Mo0.95(300)の調製>
七モリブデン酸六アンモニウム(AHM)(和光純薬工業株式会社製)1.0gと、タングステン前駆体であるパラタングステン酸アンモニウム(和光純薬株式会社製)78mgとを乳鉢を混合した後、大気雰囲気下、450℃で4時間焼成し、W0.05Mo0.95約1.0gを調製した。
[Production Example 7]
< Preparation of Pt/ W0.05Mo0.95Oz ( 300 )>
1.0 g of hexaammonium heptamolybdate (AHM) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 78 mg of ammonium paratungstate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), a tungsten precursor, were mixed in a mortar and then fired at 450 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to prepare approximately 1.0 g of W0.05Mo0.95Oz .

得られたW0.05Mo0.951.0gを、水100gに分散させ、テトラクロロ白金(II)酸カリウム(KPtCl)(ナカライテスク株式会社製)水溶液(35mmol/L)4.5mL、尿素0.2gを加え、95℃で6時間攪拌した。WとMoとのモル比は、W:Mo=5:95であった。攪拌終了後、反応液から遠心分離により生成物を取り出し、水で洗浄した後、真空乾燥させて粉末状のPt/W0.05Mo0.95約0.8gを得た。
次いで、製造例4と同様にしてPt/W0.05Mo0.95を水素還元処理し、酸素欠陥が導入されたPt/W0.05Mo0.95(300)を調製した。
1.0 g of the obtained W0.05Mo0.95Oz was dispersed in 100 g of water, and 4.5 mL of an aqueous solution (35 mmol/L) of potassium tetrachloroplatinate ( II ) ( K2PtCl4 ) (manufactured by Nacalai Tesque, Inc.) and 0.2 g of urea were added, followed by stirring at 95°C for 6 hours. The molar ratio of W to Mo was W: Mo = 5:95. After stirring was completed, the product was taken out of the reaction solution by centrifugation, washed with water, and then vacuum dried to obtain about 0.8 g of powdered Pt/ W0.05Mo0.95Oz .
Next, Pt/W 0.05 Mo 0.95 O z was subjected to hydrogen reduction treatment in the same manner as in Production Example 4 to prepare Pt/W 0.05 Mo 0.95 O z (300) having oxygen defects introduced therein.

[製造例8]
<Pt/WO、Pt/WO(200)、Pt/WO(300)の調製>
触媒担体として、MoOの代わりに、可視光を吸収する三酸化タングステン(WO)(株式会社高純度化学研究所製)を用いること以外は製造例1と同様にして、Pt/WO約1.0gを得た。
次いで、製造例3および製造例4と同様にして、得られたPt/WOの水素還元処理を行い、Pt/WO(200)およびPt/WO(300)を調製した。
[Production Example 8]
<Preparation of Pt/ WO3 , Pt/ WO3 (200), and Pt/ WO3 (300)>
About 1.0 g of Pt/WO3 was obtained in the same manner as in Production Example 1 , except that tungsten trioxide ( WO3 ) (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.), which absorbs visible light, was used as the catalyst support instead of MoO3 .
Next, the obtained Pt/WO 3 was subjected to hydrogen reduction treatment in the same manner as in Production Examples 3 and 4 to prepare Pt/WO 3 (200) and Pt/WO 3 (300).

[製造例9]
<Pt/TiO、Pt/TiO(200)、Pt/TiO(300)の調製>
触媒担体として、MoOの代わりに、可視光を吸収する二酸化チタン(TiO)(P25、日本アエロジル株式会社製)を用いること以外は製造例1と同様にして、Pt/TiO約1.0gを得た。
次いで、製造例3および製造例4と同様にして、得られたPt/TiOの水素還元処理を行い、Pt/TiO(200)およびPt/TiO(300)を調製した。
[Production Example 9]
<Preparation of Pt/ TiO2 , Pt/ TiO2 (200), and Pt/ TiO2 (300)>
About 1.0 g of Pt/TiO2 was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that titanium dioxide ( TiO2 ) (P25, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), which absorbs visible light, was used as the catalyst support instead of MoO3.
Next, the obtained Pt/TiO 2 was subjected to hydrogen reduction treatment in the same manner as in Production Examples 3 and 4 to prepare Pt/TiO 2 (200) and Pt/TiO 2 (300).

[製造例10]
<Pt/SiO、Pt/SiO(200)、Pt/SiO(300)の調製>
触媒担体として、MoOの代わりに、アモルファスシリカ(ヒュームドシリカ、アルドリッチ社製)を用いること以外は製造例1と同様にして、Pt/SiO約1.0gを得た。
次いで、製造例3および製造例4と同様にして、得られたPt/SiOの水素還元処理を行い、Pt/SiO(200)およびPt/SiO(300)を調製した。
[Production Example 10]
<Preparation of Pt/ SiO2 , Pt/ SiO2 (200), and Pt/ SiO2 (300)>
About 1.0 g of Pt/SiO2 was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that amorphous silica (fumed silica, manufactured by Aldrich Co.) was used as the catalyst support instead of MoO3 .
Next, in the same manner as in Production Examples 3 and 4, the obtained Pt/SiO 2 was subjected to hydrogen reduction treatment to prepare Pt/SiO 2 (200) and Pt/SiO 2 (300).

[製造例11]
<Pt/V(200)、Pt/V(300)の調製>
触媒担体として、MoOの代わりに、五酸化バナジウム触媒(V)を用いること以外は製造例1と同様にして、Pt/V約1.0gを得た。
次いで、製造例3および製造例4と同様にして、得られたPt/Vの水素還元処理を行い、Pt/V(200)およびPt/V(300)を調製した。
[Production Example 11]
<Preparation of Pt/V 2 O 5 (200) and Pt/V 2 O 5 (300)>
About 1.0 g of Pt/V 2 O 5 was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that vanadium pentoxide catalyst (V 2 O 5 ) was used as the catalyst support instead of MoO 3 .
Next, the obtained Pt/V 2 O 5 was subjected to hydrogen reduction treatment in the same manner as in Production Examples 3 and 4 to prepare Pt/V 2 O 5 (200) and Pt/V 2 O 5 (300).

[製造例12]
<Pt/γ-Al、Pt/γ-Al(300)の調製>
触媒担体として、MoOの代わりに、酸化アルミニウム(γ-Al)(JRC-ALO-4、触媒学会参照触媒)を用いること以外は製造例1と同様にして、Pt/γ-Al約1.0gを得た。
次いで、製造例4と同様にして、得られたPt/γ-Alの水素還元処理を行い、Pt/γ-Al(300)を調製した。
[Production Example 12]
<Preparation of Pt/γ-Al 2 O 3 and Pt/γ-Al 2 O 3 (300)>
About 1.0 g of Pt/γ-Al 2 O 3 was obtained in the same manner as in Production Example 1 , except that aluminum oxide (γ-Al 2 O 3 ) (JRC-ALO-4, Catalysis Society reference catalyst) was used instead of MoO 3 as the catalyst support.
Next, in the same manner as in Production Example 4, the obtained Pt/γ-Al 2 O 3 was subjected to hydrogen reduction treatment to prepare Pt/γ-Al 2 O 3 (300).

[製造例13]
<Pt/ZrO(300)の調製>
触媒担体として、MoOの代わりに、酸化ジルコニウム(ZrO)(RC-100、第一稀元素化学工業株式会社製)を用いること以外は製造例1と同様にして、Pt/ZrO約1.0gを得た。
次いで、製造例4と同様にして、得られたPt/ZrOの水素還元処理を行い、Pt/ZrO(300)を調製した。
[Production Example 13]
<Preparation of Pt/ ZrO2 (300)>
About 1.0 g of Pt/ZrO 2 was obtained in the same manner as in Production Example 1 , except that zirconium oxide (ZrO 2 ) (RC-100, manufactured by Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd.) was used as the catalyst support instead of MoO 3.
Next, the obtained Pt/ZrO 2 was subjected to hydrogen reduction treatment in the same manner as in Production Example 4 to prepare Pt/ZrO 2 (300).

[製造例14]
<Pd/HMoO3-y(200)、Pd/HMoO3-y(300)の調製>
金属前駆体として、KPtClの代わりに、テトラクロロパラジウム(II)酸ナトリウム(NaPdCl)(ナカライテスク株式会社製)を用いること以外は製造例1と同様にして、Pd/MoO約0.8gを得た。
次いで、製造例3および製造例4と同様にして、得られたPd/MoOの水素還元処理を行い、酸素欠陥が導入されたPd/HMoO3-y(200)およびPd/HMoO3-y(300)を調製した。
[Production Example 14]
<Preparation of Pd/ HxMoO3 -y (200) and Pd/ HxMoO3 -y (300)>
About 0.8 g of Pd/MoO 3 was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that sodium tetrachloropalladate (II) (Na 2 PdCl 4 ) (manufactured by Nacalai Tesque, Inc.) was used as the metal precursor instead of K 2 PtCl 4 .
Next, the obtained Pd/MoO3 was subjected to hydrogen reduction treatment in the same manner as in Production Examples 3 and 4 to prepare Pd/ HxMoO3 -y (200) and Pd/ HxMoO3 -y (300) having oxygen defects introduced therein.

[製造例15]
<Cu/MoO(200)、Cu/MoO(300)の調製>
製造例6で得られたCu/MoOの水素還元処理を製造例3および製造例4と同様にして行い、Cu/MoO(200)およびCu/MoO(300)を調製した。
[Production Example 15]
<Preparation of Cu/ MoO3 (200) and Cu/ MoO3 (300)>
The Cu/MoO 3 obtained in Production Example 6 was subjected to hydrogen reduction treatment in the same manner as in Production Examples 3 and 4 to prepare Cu/MoO 3 (200) and Cu/MoO 3 (300).

[製造例16]
<MoO(300)の調製>
製造例1で得られたMoOの水素還元処理を製造例4と同様にして行い、MoO(300)を調製した。
[Production Example 16]
<Preparation of MoO3 (300)>
The MoO 3 obtained in Production Example 1 was subjected to hydrogen reduction treatment in the same manner as in Production Example 4 to prepare MoO 3 (300).

製造例で調製した触媒の構造や触媒能について、次の評価を行った。 The structure and catalytic activity of the catalysts prepared in the manufacturing examples were evaluated as follows:

(1)UV-Vis-NIR
製造例1~4で調製した触媒について、UV-Vis-NIR吸収スペクトルを測定した。測定は、UV-2600(株式会社島津製作所製)に積分球付属装置ISR-2200(株式会社島津製作所製)を接続して実施した。参照試料として硫酸バリウム(BaSO)粉末を用いた。測定結果を図1に示す。
(1) UV-Vis-NIR
The UV-Vis-NIR absorption spectra were measured for the catalysts prepared in Production Examples 1 to 4. The measurements were performed using a UV-2600 (manufactured by Shimadzu Corporation) connected to an integrating sphere attachment ISR-2200 (manufactured by Shimadzu Corporation). Barium sulfate (BaSO 4 ) powder was used as a reference sample. The measurement results are shown in FIG.

Pt/MoO(未還元)はほとんど光吸収を示さなかった。一方、水素還元処理を行ったPt/HMoO3-y(100)、Pt/HMoO3-y(200)およびPt/HMoO3-y(300)は、可視光域から赤外光域の広い範囲において光吸収を示した。特に、水素還元処理を100℃、200℃で行ったPt/HMoO3-y(100)およびPt/HMoO3-y(200)は、590nm付近を最大吸収波長とする幅広い光吸収を示した。光照射によって表面プラズモン共鳴が誘起されたためと考えられる。 Pt/MoO 3 (unreduced) showed almost no light absorption. On the other hand, Pt/H x MoO 3-y (100), Pt/H x MoO 3-y (200) and Pt/H x MoO 3-y (300) which had been subjected to hydrogen reduction treatment showed light absorption in a wide range from the visible light region to the infrared light region. In particular, Pt/H x MoO 3-y (100) and Pt/H x MoO 3-y (200) which had been subjected to hydrogen reduction treatment at 100°C and 200°C showed a wide range of light absorption with a maximum absorption wavelength around 590 nm. This is thought to be due to the induction of surface plasmon resonance by light irradiation.

(2)H-TPR
製造例1、製造例8、製造例9、製造例10および製造例12で調製した水素還元処理を施していない触媒について、H-TPR測定を行った。測定は、BELCATII(マイクロトラック・ベル株式会社製)を用い、Arで希釈して濃度を5体積%としたHを30mL/分で流通させながら、昇温速度5℃/分で実施した。水素消費は熱伝導検出器(TCD)で検出した。測定結果を図2に示す。
(2) H2 -TPR
H 2 -TPR measurements were carried out on the catalysts prepared in Production Examples 1, 8, 9, 10 and 12 that had not been subjected to hydrogen reduction treatment. The measurements were carried out using a BELCAT II (manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.) at a temperature rise rate of 5° C./min while flowing H 2 diluted with Ar to a concentration of 5% by volume at 30 mL/min. Hydrogen consumption was detected by a thermal conductivity detector (TCD). The measurement results are shown in FIG. 2.

図2中、縦軸は、TCDで検出したシグナルの強度を示す。いずれの触媒においても少量の水素の取り込みが確認されたが、特にMoOを担体としたPt/MoOには136℃付近で多量の水素が取り込まれることがわかった。MoOが136℃付近で水素還元されることが明らかになった。 In Fig. 2, the vertical axis indicates the intensity of the signal detected by TCD. Although a small amount of hydrogen was observed to be absorbed in all catalysts, it was found that a large amount of hydrogen was absorbed in Pt/ MoO3 using MoO3 as a carrier at around 136°C. It was revealed that MoO3 was reduced by hydrogen at around 136°C.

(3)XRD
製造例1~5で調製した触媒について、XRDによる測定を行った。装置としてUltimaIV(株式会社リガク製)を用い、加速電圧40kV、放電電流40mVで測定を実施した。図3に、得られた触媒のXRDパターンを示す。
(3) XRD
The catalysts prepared in Production Examples 1 to 5 were measured by XRD. The measurement was performed using an Ultima IV (manufactured by Rigaku Corporation) at an acceleration voltage of 40 kV and a discharge current of 40 mV. Figure 3 shows the XRD patterns of the obtained catalysts.

Pt/MoO(未還元)およびPt/HMoO3-y(100)はMoOの斜方晶系結晶に近い構造を示した。一方、水素還元処理を200℃、300℃で行ったPt/HMoO3-y(200)およびPt/HMoO3-y(300)はMoOに由来するピークをほとんど示さず、アモルファス状であることがわかった。水素還元処理を400℃にして得られたPt/HMoO3-y(400)は、Pt/HMoO3-y(300)に比べてMoOの単斜晶系結晶に近い構造であった。以上の結果より、水素還元処理温度によって白金担持Mo酸化物触媒の構造が変化することが確認された。 Pt/ MoO3 (unreduced) and Pt/ HxMoO3 -y (100) showed structures close to the orthorhombic crystal of MoO3 . On the other hand, Pt/ HxMoO3 -y (200) and Pt/HxMoO3 -y (300) which were subjected to hydrogen reduction treatment at 200°C and 300°C showed almost no peaks derived from MoO3, and were found to be amorphous. Pt/HxMoO3-y ( 400 ) obtained by hydrogen reduction treatment at 400 ° C had a structure closer to the monoclinic crystal of MoO2 than Pt/ HxMoO3 -y (300). From the above results, it was confirmed that the structure of the platinum-supported Mo oxide catalyst changes depending on the hydrogen reduction treatment temperature.

(4)TG
製造例1~5で調製した触媒について、水素ドープ量(x)および酸素欠陥量(y)をTGにより求めた。測定は、Thermo plus EVOII(株式会社リガク製)を用い、50mL/分の窒素気流中または大気気流中、昇温速度10℃/分で実施した。
(4) T.G.
The hydrogen doping amount (x) and the amount of oxygen vacancies (y) were determined by TG for the catalysts prepared in Production Examples 1 to 5. The measurements were performed using Thermo plus EVOII (manufactured by Rigaku Corporation) in a nitrogen flow of 50 mL/min or in air flow at a temperature increase rate of 10° C./min.

Pt/MoO(未還元)はx=0、y=0;Pt/HMoO3-y(100)はx=1.91、y=0.02;Pt/HMoO3-y(200)はx=1.15、y=0.28;Pt/HMoO3-y(300)はx=0.35、y=0.74;Pt/HMoO3-y(400)はx=0.02、y=1.04であった。水素還元温度の上昇に伴い、水素ドープ量(x)は減少し、酸素欠陥量(y)が増加する傾向があることが明らかになった。 Pt/ MoO3 (unreduced) x = 0, y = 0; Pt / HxMoO3 -y (100) x = 1.91, y = 0.02; Pt/HxMoO3 - y (200) x = 1.15, y = 0.28; Pt/HxMoO3 - y (300) x = 0.35, y = 0.74; Pt/ HxMoO3 -y (400) x = 0.02, y = 1.04. It was found that the hydrogen doping amount (x) tends to decrease and the oxygen vacancy amount (y) tends to increase with increasing hydrogen reduction temperature.

(5)XPS
製造例1~4で調製した触媒について、XPSによる測定を行った。装置としてESCA-3400(株式会社島津製作所製)を用い、MgKα線(1253.6eV)を線源として測定を実施した。結果を図4に示す。
(5) XPS
The catalysts prepared in Production Examples 1 to 4 were measured by XPS. The measurement was performed using an ESCA-3400 (manufactured by Shimadzu Corporation) as the apparatus and MgK α rays (1253.6 eV) as the radiation source. The results are shown in FIG.

水素還元処理前のPt/MoO(未処理)には、Mo6+のみが存在していたが、水素還元処理後のPt/HMoO3-y(100)、Pt/HMoO3-y(200)およびPt/HMoO3-y(300)には、Mo6+以外にMo5+およびMo4+が存在していた。このことから、水素還元処理により、Pt/MoOに酸素欠陥が導入されたことが確認された。また、水素還元処理温度が高くなるほどMo4+の割合が増加したことから、水素還元温度が高くなるにつれて、酸素欠陥の導入量が増加することも確認された。 Only Mo 6+ was present in Pt/MoO 3 (untreated) before hydrogen reduction treatment, but Mo 5+ and Mo 4+ were present in Pt/H x MoO 3-y (100), Pt/H x MoO 3-y (200) and Pt/H x MoO 3-y (300) after hydrogen reduction treatment in addition to Mo 6+ . This confirmed that oxygen defects were introduced into Pt/MoO 3 by hydrogen reduction treatment. In addition, since the ratio of Mo 4+ increased as the hydrogen reduction treatment temperature increased, it was also confirmed that the amount of oxygen defects introduced increased as the hydrogen reduction temperature increased.

(6)TEM
製造例3で調製したPt/HMoO3-y(200)をTEMで観察した。TEMはH-800(株式会社日立製作所製)を用い、加速電圧200kVで測定を実施した。撮影した写真を図5に示す。Mo酸化物上に、平均粒子径2.4nmのPt粒子が高分散し、固定化されていることが確認された。
(6) TEM
The Pt/H x MoO 3-y (200) prepared in Production Example 3 was observed by TEM. The TEM was H-800 (manufactured by Hitachi, Ltd.), and the measurement was performed at an accelerating voltage of 200 kV. The photograph taken is shown in Figure 5. It was confirmed that Pt particles with an average particle size of 2.4 nm were highly dispersed and fixed on the Mo oxide.

製造例で調製した触媒を用いて、二酸化炭素の脱酸素反応を行った。
[実施例1]
製造例4および製造例8~16で調製した300℃で水素還元処理した触媒を用いて二酸化炭素の脱酸素反応を行った。触媒50mgと、溶媒である1,4-ジオキサン15mLとを、ステンレス製耐圧反応容器に入れ、二酸化炭素ガスおよび水素ガスを導入後、暗所下、200℃で20時間反応させた。二酸化炭素の分圧は1MPa、水素の分圧は3MPaとした。
反応終了後、生成物の分析をメタナイザー付きガスクロマトグラフ-水素炎イオン化検出器(GC-FID)によって行った。分析結果から求めた二酸化炭素の転化率(%)、生成したメタノール、一酸化炭素およびメタンの選択率、担持金属量基準の全生成物に対する触媒回転数(TON)を表1に示す。
Using the catalyst prepared in Production Example, a deoxygenation reaction of carbon dioxide was carried out.
[Example 1]
A carbon dioxide deoxygenation reaction was carried out using the catalysts prepared in Production Example 4 and Production Examples 8 to 16 that had been subjected to hydrogen reduction treatment at 300°C. 50 mg of the catalyst and 15 mL of 1,4-dioxane as a solvent were placed in a stainless steel pressure-resistant reaction vessel, and after introducing carbon dioxide gas and hydrogen gas, the reaction was carried out in a dark place at 200°C for 20 hours. The partial pressure of carbon dioxide was 1 MPa, and the partial pressure of hydrogen was 3 MPa.
After the reaction was completed, the products were analyzed using a gas chromatograph with a methanizer and a flame ionization detector (GC-FID). The conversion rate (%) of carbon dioxide, the selectivity of the produced methanol, carbon monoxide and methane, and the catalyst turnover number (TON) for all products based on the amount of supported metal, which were obtained from the analysis results, are shown in Table 1.

Figure 0007481738000001
Figure 0007481738000001

MoOを単独で用いた場合には二酸化炭素の脱酸素反応がほとんど進行しなかった。一方、製造例4で調製したPt/HMoO3-y(300)を用いた場合には、MoO以外の担体にPtを担持させた触媒およびMoOにPt以外の金属を担持させた触媒を用いた場合と比較して、特異的に高い二酸化炭素の転化率およびメタノールの選択率が得られた。 When MoO3 was used alone, the deoxygenation reaction of carbon dioxide hardly proceeded. On the other hand, when Pt/ HxMoO3 -y (300) prepared in Production Example 4 was used, a specifically high carbon dioxide conversion rate and methanol selectivity were obtained compared to the cases where a catalyst in which Pt was supported on a carrier other than MoO3 and a catalyst in which a metal other than Pt was supported on MoO3 were used.

[実施例2]
製造例4で調製したPt/HMoO3-y(300)を触媒として用いて、実施例1と同様にして二酸化炭素の脱酸素反応を行った。反応時間を120時間として、生成物の収量と選択率の経時変化を分析した。結果を図6および図7に示す。
[Example 2]
Using the Pt/ HxMoO3 -y (300) prepared in Production Example 4 as a catalyst, a carbon dioxide deoxygenation reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The reaction time was set to 120 hours, and the time-dependent changes in the yield and selectivity of the product were analyzed. The results are shown in Figures 6 and 7.

図6および図7より、反応初期には高かった一酸化炭素の生成量および選択率は、反応時間が長くなるにつれて低下し、メタノールの生成量および選択率が高くなることが明らかになった。 Figures 6 and 7 show that the amount and selectivity of carbon monoxide produced, which were high at the beginning of the reaction, decreased as the reaction time increased, while the amount and selectivity of methanol produced increased.

[実施例3]
製造例4で調製したPt/HMoO3-y(300)を触媒として用いて、表2に示す条件下で反応を行い、二酸化炭素から一酸化炭素およびメタノールが生成するメカニズムについて分析した。
[Example 3]
Using Pt/H x MoO 3-y (300) prepared in Production Example 4 as a catalyst, a reaction was carried out under the conditions shown in Table 2, and the mechanism by which carbon monoxide and methanol are produced from carbon dioxide was analyzed.

Figure 0007481738000002
Figure 0007481738000002

二酸化炭素の分圧を1.0MPa、水素の分圧を3.0MPaとした反応系と異なり、水素を導入せずに二酸化炭素の分圧を1.0MPaとした低圧条件下では、二酸化炭素の転化率が低く、一酸化炭素のみが生成してメタノールは生成しなかった。一方、二酸化炭素を導入せず、一酸化炭素の分圧を0.1MPa、水素の分圧を3.0MPaとした系では、転化率およびメタノールの選択率が高くなった。以上の結果より、白金担持Mo酸化物触媒を用いた二酸化炭素の脱酸素反応において、メタノールは一酸化炭素を経由して生成するものと推察される。また、一酸化炭素からメタノールを生成する反応は、高圧条件下でより進行しやすいと考えられる。 Unlike the reaction system with a carbon dioxide partial pressure of 1.0 MPa and a hydrogen partial pressure of 3.0 MPa, under low-pressure conditions with no hydrogen being introduced and a carbon dioxide partial pressure of 1.0 MPa, the carbon dioxide conversion rate was low, and only carbon monoxide was produced, with no methanol. On the other hand, in a system without carbon dioxide introduction and with a carbon monoxide partial pressure of 0.1 MPa and a hydrogen partial pressure of 3.0 MPa, the conversion rate and methanol selectivity were high. From these results, it is presumed that in the carbon dioxide deoxygenation reaction using a platinum-supported Mo oxide catalyst, methanol is produced via carbon monoxide. It is also believed that the reaction of producing methanol from carbon monoxide proceeds more easily under high-pressure conditions.

[実施例4]
製造例1~5で調製した触媒を用いて、実施例1と同様にして二酸化炭素の脱酸素反応を行った。二酸化炭素の転化率および生成物の選択率を求めた結果を図8に示す。また、触媒の水素還元温度、生成物の収量、上記で求めた各触媒の水素ドープ量(x)および酸素欠陥量(y)との相関関係を図9に示す。
[Example 4]
Using the catalysts prepared in Production Examples 1 to 5, a carbon dioxide deoxygenation reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The results of determining the carbon dioxide conversion rate and the product selectivity are shown in Figure 8. Also, the correlation between the hydrogen reduction temperature of the catalyst, the product yield, the hydrogen doping amount (x) and the amount of oxygen vacancies (y) of each catalyst determined above is shown in Figure 9.

図8および図9より、水素還元処理が上昇するにつれて酸素欠陥量が増加し、それに伴い、メタノールの収量が増加することがわかった。Pt/HMoO3-y(200)およびPt/HMoO3-y(300)が特に高い触媒活性を示し、これらの触媒を用いることにより、メタノールの選択率も高くなった。 8 and 9, it was found that the amount of oxygen defects increases as the hydrogen reduction treatment increases, and the yield of methanol increases accordingly. Pt/ HxMoO3 -y (200) and Pt /HxMoO3 -y (300) showed particularly high catalytic activity, and the use of these catalysts also increased the selectivity of methanol.

一方、水素還元処理を400℃で行ったPt/HMoO3-y(400)では、Pt/HMoO3-y(300)に比べて触媒活性が低下することが明らかになった。Pt/HMoO3-y(400)の構造は、アモルファス構造を有するPt/HMoO3-y(300)と比較してMoOの単斜晶系結晶の構造に近いことから、構造の変化が触媒活性低下の原因になっているものと考えられる。 On the other hand, it was revealed that the catalytic activity of Pt/ HxMoO3 -y (400) which was subjected to hydrogen reduction treatment at 400°C was reduced compared to Pt/ HxMoO3 -y (300). Since the structure of Pt/ HxMoO3 -y (400) is closer to the monoclinic crystal structure of MoO2 compared to Pt/ HxMoO3 -y (300) which has an amorphous structure, it is believed that the change in structure is the cause of the reduction in catalytic activity.

[実施例5]
製造例4、製造例6および製造例7の触媒を用いて、実施例1と同様にして二酸化炭素の脱酸素反応を行った。
[Example 5]
Using the catalysts of Production Examples 4, 6 and 7, a carbon dioxide deoxygenation reaction was carried out in the same manner as in Example 1.

白金担持Mo酸化物触媒は、Pt粒子にPt以外の金属元素を含むPtCu/MoO3(300)、担体となるMo酸化物がMo以外の金属元素を含むPt/W0.05Mo0.95(300)などであっても、Pt/HMoO3-y(300)と同様に、二酸化炭素の脱酸素反応において高い活性を示した。また、PtCu/MoO3(300)を用いたときには、Pt/HMoO3-y(300)を用いたときと比較して一酸化炭素の生成量が約1.2倍増加した。Pt/W0.05Mo0.95(300)を用いたときには、Pt/HMoO3-y(300)を用いたときと比較してメタノールの生成量が約1.2倍増加した。 The platinum-supported Mo oxide catalyst, even if it is Pt 6 Cu/MoO 3 (300) in which the Pt particles contain metal elements other than Pt, or Pt/W 0.05 Mo 0.95 O z (300) in which the Mo oxide carrier contains metal elements other than Mo, showed high activity in the deoxygenation reaction of carbon dioxide, similar to Pt/H x MoO 3-y ( 300). In addition, when Pt 6 Cu/MoO 3 (300) was used, the amount of carbon monoxide produced increased by about 1.2 times compared to when Pt/H x MoO 3-y (300) was used. When Pt/W 0.05 Mo 0.95 O z (300) was used, the amount of methanol produced increased by about 1.2 times compared to when Pt/H x MoO 3-y (300) was used.

[実施例6]
製造例3で調製したPt/HMoO3-y(200)を用いて、二酸化炭素の脱酸素反応を行った。触媒100mgを石英製反応器に入れ、二酸化炭素ガスおよび水素ガスを導入後、暗所および可視光(>450nm)の照射下、140℃で2時間反応させた。二酸化炭素の分圧は0.5atm、水素の分圧は0.5atmとした。可視光の照射装置としては、キセノンランプを用いた。触媒1gあたりの一酸化炭素の生成量(mmol)の経時変化を図10に示す。
[Example 6]
A carbon dioxide deoxidation reaction was carried out using Pt/H x MoO 3-y (200) prepared in Production Example 3. 100 mg of the catalyst was placed in a quartz reactor, and after introducing carbon dioxide gas and hydrogen gas, the reaction was carried out at 140° C. for 2 hours in the dark and under irradiation of visible light (>450 nm). The partial pressure of carbon dioxide was 0.5 atm, and the partial pressure of hydrogen was 0.5 atm. A xenon lamp was used as the visible light irradiation device. The change over time in the amount of carbon monoxide produced (mmol) per 1 g of catalyst is shown in FIG. 10.

暗所での反応に比べ、可視光照射下では、一酸化炭素の生成量が約2倍に向上することが確認できた。200℃で水素還元処理したPt/HMoO3-y(200)が可視光照射下で表面プラズモン共鳴に由来する強い光吸収を示し、触媒活性が向上したものと考えられる。 It was confirmed that the amount of carbon monoxide produced was approximately twice as much under visible light irradiation as in the reaction in the dark. It is believed that Pt/ HxMoO3 -y (200) reduced with hydrogen at 200°C exhibited strong light absorption due to surface plasmon resonance under visible light irradiation, and that this improved catalytic activity.

[実施例7]
製造例3、製造例8~10、製造例14~15で調製した200℃で水素還元処理した触媒を用いて、実施例6と同様にして可視光照射下で二酸化炭素の脱酸素反応を行った。1gの触媒あたりの一酸化炭素の生成量(mmol)の経時変化を図11および図12に示す。
[Example 7]
Using the catalysts prepared in Production Examples 3, 8 to 10, and 14 to 15 and subjected to hydrogen reduction treatment at 200° C., a carbon dioxide deoxygenation reaction was carried out under visible light irradiation in the same manner as in Example 6. The change over time in the amount of carbon monoxide produced (mmol) per gram of catalyst is shown in FIGS.

図11および図12より、担体をMoO3とし、かつPtを担持させた白金担持Mo酸化物触媒が、水素還元処理されることにより、光照射下で高い活性を有する触媒となることが確認できた。 11 and 12, it was confirmed that a platinum-supported Mo oxide catalyst, which has MoO3 as a carrier and Pt supported thereon, becomes a catalyst having high activity under light irradiation by being subjected to hydrogen reduction treatment.

[実施例8]
製造例2~4で調製した触媒を用いて、実施例6と同様にして可視光照射下で二酸化炭素の脱酸素反応を行った。触媒1gあたりの一酸化炭素の生成量(mmol)の経時変化を図13に示す。また、水素還元温度と、一酸化炭素の生成量(mmol)、各触媒の水素ドープ量(x)および酸素欠陥量(y)との相関関係を図14に示す。
[Example 8]
Using the catalysts prepared in Production Examples 2 to 4, a carbon dioxide deoxygenation reaction was carried out under visible light irradiation in the same manner as in Example 6. The change over time in the amount of carbon monoxide produced (mmol) per gram of catalyst is shown in Figure 13. Furthermore, the correlation between the hydrogen reduction temperature, the amount of carbon monoxide produced (mmol), the amount of hydrogen doped (x) and the amount of oxygen vacancies (y) of each catalyst is shown in Figure 14.

白金担持Mo酸化物触媒は、200℃で水素還元処理を行ったときに、光照射下で最も高い活性を示すことが明らかになった。 It was revealed that the platinum-supported Mo oxide catalyst exhibited the highest activity under light irradiation when hydrogen reduction treatment was performed at 200°C.

[実施例9]
製造例3で調製したPt/HMoO3-y(200)を触媒として、照射装置としてキセノンランプに代えて発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)ランプ(緑、赤、青)を用いた以外は実施例6と同様にして、二酸化炭素の脱酸素反応を行った。触媒1gあたりの一酸化炭素の生成量(mmol)の経時変化を図15に示す。また、Pt/HMoO3-y(200)のUV-Vis-NIR吸収スペクトル、各LEDの波長および各LEDを照射したときの一酸化炭素の生成量の増加率を図16に示した。なお、生成量の増加率は、暗所における反応時の生成量と比較して求められる値である。
[Example 9]
A carbon dioxide deoxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 6, except that Pt/H x MoO 3-y (200) prepared in Production Example 3 was used as a catalyst, and light-emitting diode (LED) lamps (green, red, blue) were used instead of a xenon lamp as an irradiation device. The change over time in the amount of carbon monoxide produced (mmol) per 1 g of catalyst is shown in FIG. 15. In addition, the UV-Vis-NIR absorption spectrum of Pt/H x MoO 3-y (200), the wavelength of each LED, and the increase rate of the amount of carbon monoxide produced when irradiated with each LED are shown in FIG. 16. The increase rate of the amount produced is a value obtained by comparing with the amount produced during the reaction in a dark place.

一酸化炭素の生成量は、照射した光がLED(緑)のときに最も高く、LED(赤)、LED(青)の順に低くなった。これは、Pt/HMoO3-y(200)のUV-Vis-NIR吸収スペクトルのLED(緑)、LED(赤)およびLED(青)の各波長における吸光度の高い順と一致していることが図16より確認することができた。 The amount of carbon monoxide generated was highest when the irradiated light was LED (green), followed by LED (red) and then LED (blue). This coincides with the order of highest absorbance at each wavelength of LED (green), LED (red) and LED (blue) in the UV-Vis-NIR absorption spectrum of Pt/H x MoO 3-y (200), as confirmed in Fig. 16.

本発明の一酸化炭素/メタノールの製造方法は、地球温暖化の原因物質である二酸化炭素の基礎化成品への効率的な変換などに利用が可能である。 The carbon monoxide/methanol production method of the present invention can be used for the efficient conversion of carbon dioxide, a substance that causes global warming, into basic chemical products.

Claims (10)

モリブデン三酸化物を含むMo酸化物と、
前記Mo酸化物に担持された白金粒子と、を具備し、
前記モリブデン三酸化物が、酸素欠陥を有し、
前記Mo酸化物を一般式:H MoO 3-y で表すとき、
0<x<2.0、かつ
0.2≦y≦0.8を満たし、
二酸化炭素の還元により一酸化炭素およびメタノールの少なくとも一方を生成させる反応を促進する、酸化チタンを含まない、白金担持Mo酸化物触媒。
Mo oxide including molybdenum trioxide;
and platinum particles supported on the Mo oxide,
The molybdenum trioxide has oxygen vacancies,
When the Mo oxide is represented by the general formula: H x MoO 3-y ,
0<x<2.0, and
0.2≦y≦0.8 is satisfied,
A platinum-supported Mo oxide catalyst that does not contain titanium oxide and promotes a reaction for producing at least one of carbon monoxide and methanol by reduction of carbon dioxide.
前記Mo酸化物が、アモルファス構造を有する、請求項1に記載の白金担持Mo酸化物触媒。 The platinum-supported Mo oxide catalyst according to claim 1, wherein the Mo oxide has an amorphous structure. 可視光の照射下で前記Mo酸化物の表面プラズモン共鳴が誘起される、請求項1または2に記載の白金担持Mo酸化物触媒。 3. The platinum-supported Mo oxide catalyst according to claim 1 , wherein surface plasmon resonance of the Mo oxide is induced under irradiation with visible light. 前記Mo酸化物に担持された前記白金粒子の質量が、前記Mo酸化物の質量の0.1%以上、5%以下である、請求項1~のいずれか1項に記載の白金担持Mo酸化物触媒。 4. The platinum-supported Mo oxide catalyst according to claim 1 , wherein the mass of the platinum particles supported on the Mo oxide is 0.1% or more and 5% or less of the mass of the Mo oxide. 前記白金粒子が、白金以外の金属元素M1を含む、請求項1~のいずれか1項に記載の白金担持Mo酸化物触媒。 The platinum-supported Mo oxide catalyst according to any one of claims 1 to 4 , wherein the platinum particles contain a metal element M1 other than platinum. 前記Mo酸化物が、モリブデン以外の金属元素M2を含む、請求項1~のいずれか1項に記載の白金担持Mo酸化物触媒。 The platinum-supported Mo oxide catalyst according to any one of claims 1 to 5 , wherein the Mo oxide contains a metal element M2 other than molybdenum. 請求項1に記載の白金担持Mo酸化物触媒および水素の存在下で、二酸化炭素の脱酸素反応を行い、一酸化炭素およびメタノールの少なくとも一方を生成させる工程を有する、一酸化炭素/メタノールの製造方法。 A method for producing carbon monoxide/methanol, comprising a step of carrying out a deoxygenation reaction of carbon dioxide in the presence of the platinum-supported Mo oxide catalyst according to claim 1 and hydrogen to produce at least one of carbon monoxide and methanol. 300℃以下の雰囲気で前記脱酸素反応を行う、請求項に記載の一酸化炭素/メタノールの製造方法。 The method for producing carbon monoxide/methanol according to claim 7 , wherein the deoxygenation reaction is carried out in an atmosphere of 300° C. or less. 前記脱酸素反応を前記Mo酸化物の表面プラズモン共鳴が誘起される可視光の照射下で行う、請求項7または8に記載の一酸化炭素/メタノールの製造方法。 The method for producing carbon monoxide/methanol according to claim 7 or 8, wherein the deoxygenation reaction is carried out under irradiation with visible light that induces surface plasmon resonance of the Mo oxide. 150℃以下の雰囲気で前記脱酸素反応を行う、請求項に記載の一酸化炭素/メタノールの製造方法。 The method for producing carbon monoxide/methanol according to claim 9 , wherein the deoxygenation reaction is carried out in an atmosphere of 150° C. or less.
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